INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS · 2019. 10. 6. · instituto de investigaciones...

INSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIAS

BOLETÍN INIA Nº 223

ISSN

071

7-48

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RESULTADOS PRELIMINARES SOBRE EL USO DE LODOS DE PISCICULTURAS

SOBRE SUELOS AGROPECUARIOS DE ORIGEN VOLCÁNICO DE LA

PATAGONIA OCCIDENTAL (AYSÉN)

EDITOR:

CHRISTIAN HEPP K.

COYHAIQUE, CHILE, 2012

Equipo de trabajo:

Christian Hepp INIA Tamel Aike (Ing. Agr MPhil PhD, Director Proyecto)María Paz Martínez INIA Tamel Aike (Bióloga)Pier Barattini INIA Tamel Aike (Biólogo)Daniel Cross INIA Tamel Aike (bioquímico)Felipe Vidal INIA Tamel Aike (Ing. Ambiental)Marta Alfaro INIA Remehue (Ing. Agr. PhD)Patricio Almonacid INIA Tamel Aike (Técnico Agr.)Adriana Carvajal INIA Tamel Aike (Químico lab.)Luis Ramírez INIA Remehue (Técnico Agr.)Rodrigo Muñoz INIA Tamel Aike (Ing. Ej Químico))Viola Saldivia INIA Tamel Aike (Análisis laboratorio)Cristian Cárcamo INIA Tamel Aike (operario terreno)Mirna Medina INIA Tamel Aike (Apoyo laboratorio) Fabiola Carrasco INIA Tamel Aike (Ing. Com, gestión financiera)Viviana Soto INIA Tamel Aike (Contador, Contabilidad)

Editor: Dr. Christian Hepp K., Ing. Agr. MPhil PhD

Este libro fue editado en el Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro INIA Tamel Aike, Ministerio de Agricultura, como parte de las actividades comprometidas en el proyecto Innova-Chile (Corfo) Uso sustentable de lodos procedentes de la fase de crianza de salmonideos, sobre suelos agropecuarios de origen volcánico de la Patagonia Occidental.

Cita: Hepp, C. 2012. Resultados preliminares sobre uso de lodos de pisciculturas sobre suelos agropecuarios de origen volcánico de la Patagonia Occidental (Aysén). Instituto de Investigaciones Agropecuarias, Centro de Investigación INIA Tamel Aike, Coyhaique, Aysén-Patagonia, Chile. Boletín técnico N° 223. 82 pp.

Cantidad de ejemplares: 300Impresión: Imprenta América (Temuco)

ÍNDICE

Cap. Título Autor(es) Pág.

1 Acuicultura y generación de lodos en pisciculturas (fase de agua dulce).

Christian Hepp 5

2 Sistemas de producción acuícola de flujo terrestre: recirculación y flujo contínuo.

M. Paz Martínez 11

3 Estabilización de lodos en lagunas. Daniel Cross 19

4 Caracterización de lodos de piscicultura con potencial agropecuario.

Christian HeppFelipe Vidal

Pier BarattiniAdriana Carvajal

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5 Efectos de la aplicación de lodos de piscicultura en praderas naturalizadas de Aysén.

Christian HeppRodrigo Muñoz

Felipe VidalPatricio Almonacid

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6 Efectos del uso de lodos de piscicultura sobre praderas artificiales y cultivos en Aysén.


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7 Evaluación de lixiviados producto de la aplicación de lodos de piscicultura en suelos agropecuarios de Aysén.


Adriana CarvajalMarta Alfaro

María Paz MartínezPier BarattiniViola Saldivia

49

8 Antibióticos en acuicultura Pier Barattini 61

9 Impacto económico del uso de lodos de piscicultura como potencial fuente de nutrientes en agricultura.

Christian Hepp 69

10 Consideraciones finales. Christian Hepp 77

Bibliografía. 81

Christian Hepp K.

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CAPITULO 1

ACUICULTURA Y GENERACIÓN DE LODOS EN PISCICULTURAS(FASE DE AGUA DULCE)

Christian Hepp K.

La problemática del uso de lodos procedentes de pisciculturas es un tema contingente, so-bre todo considerando el desarrollo que ha tenido la acuicultura en la zona sur y austral de Chile. Las proyecciones de producción de la industria permiten señalar que necesariamente debiera crecer la cantidad de lodos generados a nivel de pisciculturas. A diferencia de lo que ocurre en otras instalaciones, que implican el manejo intensivo de especies animales, como salas de ordeña de bovinos, patios de alimentación, feedlots, crianza de aves y cerdos, donde también se producen purines y lodos; en el caso de las pisciculturas no existe normativa que autorice aún su uso en la agricultura. Dada la relevancia del tema, el Instituto de Investiga-ciones Agropecuarias (INIA) está desarrollando estudios en la región de Aysén, que tienen como objetivo general la determinación del potencial de los lodos de piscicultura para su uso benéfico en sistemas agropecuarios, particularmente sobre suelos volcánicos dominan-tes en esta zona (y todo el sur de Chile).

ANTECEDENTES GENERALES

Chile exportó en 2008 un récord de 445.000 toneladas de salmón y trucha, volumen que cayó 33% hacia 2010, con 297.000 toneladas exportadas. En 2011 se produjo ya una recupe-ración, con más de 395.000 toneladas producidas. En términos de divisas, el país exportó en el año 2008 casi 2.400 millones de dólares en productos de salmón y trucha, con una caída de 14% hacia 2010, pero luego recuperándose en 2011 con más de 2.920 millones de dólares (Salmón Chile, 2012).

Capítulo 1: acuicultura y generación de lodos en pisciculturas (fase de agua dulce)

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En la Región de Aysén, la industria acuícola está teniendo un desarrollo explosivo, y se cons-tituye en el principal sector productivo, con un aporte importante al desarrollo económico regional. A noviembre de 2005, el 16% del total de cosechas de salmónidos provenía de la Región de Aysén. En 2008, producto de la crisis del virus ISA, se produjo una contracción a nivel nacional, pero hacia 2011 se ha recuperado la dinámica de crecimiento y se proyecta que la Región de Aysén será un actor principal en los volúmenes producidos para exporta-ción. En cuanto a pisciculturas, se estima que su número podría potencialmente cuadrupli-carse hacia 2015. De acuerdo a datos de Salmon Chile (2012), Chile es el segundo productor de salmón en el mundo y el primero en trucha. La industria acuícola nacional se expandió a tasas de 22% anual en las últimas dos décadas. El sector acuícola genera alrededor de 55.000 empleos directos e indirectos, según la misma fuente. El número de centros operativos se ex-pandió en casi 44% en la región de Aysén y un 16% en la región de los Lagos. La biomasa en centros de crianza se ha incrementado en 89% en la región de Aysén, superando a la región de los Lagos (Sernapesca, 2013).

En base a los antecedentes que se entregan más adelante, se desprende que la industria acuí-cola regional genera diariamente materiales residuales, comúnmente denominados “lodos”. Este material proviene del sistema de producción y corresponde básicamente al material fecal de los peces y restos de alimento no consumido en los estanques, los que son rescatados en las etapas finales del ciclo de flujo de pasada y/o en el proceso final de recirculación y fil-trado de aguas. Se hace hincapié que en adelante los lodos se refieren a la fase dulceacuícola en pisciculturas terrestres.

Como la capacidad de almacenamiento de los lodos en las plantas de piscicultura es limita-do, los residuos deben ser retirados. La normativa actual obliga a la industria a disponer de estos materiales residuales en vertederos autorizados o en plantas de tratamiento de aguas. En la Región de Aysén no existen realmente vertederos que cuenten con las condiciones para recibir este tipo de material, lo que lleva a problemas de tipo ambiental. Junto a lo an-terior, la distancia desde los centros de producción acuícola (pisciculturas de crianza) hasta vertedero, junto al elevado contenido de humedad de los lodos (sobre 93-99,5%), hacen de las alternativas de disposición una posibilidad de muy alto costo operativo y cuestionable imagen desde el punto de vista medioambiental. En algunos casos se puede optar por la deshidratación de lodos, lo que implica tecnología de alto costo y también genera una torta deshidratada que presenta fuertes limitaciones para su uso productivo posterior, especial-mente debido al uso de aditivos como p. ej. cloruro férrico.

Debe recordarse que las plantas de producción acuícola (pisciculturas) corresponden a la fase de crianza (alevinaje) y se realizan en aguas interiores, asociado a arroyos y/o ríos. De esta forma, requieren de un destino autorizado y ambientalmente aceptable para sus lodos de residuo. Tanto las características de los lodos, como su origen y localización difieren funda-mentalmente de aquellos generados en centros de engorda de ubicación lacustre o marina.

Christian Hepp K.

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El uso de lodos de piscicultura (fase de agua dulce), de no mediar el uso de sustancias su-jetas a cuestionamiento ambiental, permitiría eventualmente incorporar nutrientes (espe-cialmente nitrógeno y fósforo) en los suelos de los sistemas agropecuario vecinos. Ambos elementos son generalmente deficientes en la mayoría de suelos volcánicos de la zona y su corrección es imprescindible para sostener niveles adecuados de producción ganadera.

Desde el punto de vista de los productores agropecuarios, el reemplazo de fuentes de nitró-geno y fósforo tradicionalmente aplicados en programas de fertilización de suelos (urea, su-perfosfatos), tiene implicancias tanto económicas (costo de la unidad aplicada), como tam-bién ambientales (menor uso de fertilizante inorgánico y la no disposición en vertederos, con los consiguientes problemas de percolación y lixiviación de nutrientes).

La posibilidad de utilización de estos lodos en sistemas agropecuarios, con beneficio para los sistemas productivos ganaderos a través del aporte nutritivo a los suelos, tiene impacto como medida correctora de las deficiencias nutritivas de éstos, además de aportar elementos para detener su eventual degradación en algunas situaciones.

CICLO DE VIDA DE LOS SALMÓNIDOS Y LA GENERACIÓN DE LODOS

La figura 1.1 muestra el ciclo de vida de un salmón, donde la etapa de agua dulce abarca des-de el estado de ova hasta la etapa de smolt (este último es el estado en que se traslada a agua salada). En el caso de las pisciculturas, los ciclos se acortan y este tamaño debe ser llevado en camiones-estanque hacia los centros de producción de aguas saladas. Los lodos de piscicul-tura se producen especialmente entre el estado de alevín (cuando deja de alimentarse de su saco vitelino) hasta el smolt, que abandona la unidad de agua dulce.

Los lodos de piscicultura (material fecal de los peces + restos de alimento) se generan diaria-mente y habitualmente requieren ser sedimentados para su posterior extracción. Normal-mente tienen muy altos contenidos de agua, con bajos niveles de materia seca, variable entre <1% hasta 12%, siendo más habituales los valores bajo 1%.

Los peces se alimentan en general en base a pellets de concentrados. Los pellets no consumi-dos, muy ricos en proteína y grasas, aportan especialmente nitrógeno, entre otros nutrientes. La mayor proporción de nitrógeno disuelto se produce por pérdidas de amoníaco vía bran-quial. El fósforo proviene mayoritariamente de las fracciones sólidas (heces o fecas de los peces), que provienen del proceso digestivo del pez.

En algunas situaciones, los lodos son tratados para su deshidratación, previa disposición. En estos casos pueden encontrarse niveles de hierro elevados, que pudieren limitar el uso de los lodos en usos agrícolas. Otros compuestos que se utilizan en los procesos deben ser analiza-


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dos adecuadamente, como es el caso de antibióticos, cal, sal y otros. Asimismo, es necesario chequear presencia de eventuales patógenos.

FIGURA 1.1. Ciclo de vida de los salmónidos, con sus etapas de desarrollo (Agronovida)

APORTES DE NITRÓGENO Y FÓSFORO

El fósforo y el nitrógeno son elementos químicos de vital importancia en el desarrollo y cre-cimiento de los vegetales y condicionan fuertemente la producción y calidad de los mismos, con un fuerte impacto en los sistemas productivos agropecuarios. Su presencia en suelos volcánicos es habitualmente deficitaria y se requiere su reposición a través de fertilizantes comerciales. Este trabajo estudia la alternativa de evaluar el encadenamiento entre la industria acuícola y la agropecuaria, ya que esta última utilizaría residuos orgánicos de la primera, dando un uso beneficioso a dichos residuos. De esta forma, cada piscicultura podría reciclar sus lodos en suelos cercanos a su punto de producción, bajando costos tanto para la empresa acuícola como para la empresa agropecuaria.

Las diferentes especies animales de importancia económica en la industria alimentaria pro-ducen estiércol y orina, que constituye parte de los desechos, los que tienen un valor nutri-cional para uso en vegetales. El cuadro 1.1 compara diferentes especies y el aporte de sus desechos en términos de nitrógeno, fósforo y potasio. Si bien los rangos son bastante amplios en cada caso, los lodos de piscicultura tienen contenidos de nitrógeno y fósforo, que resultan interesantes en sistemas agropecuarios. Los niveles de potasio son bajos.

Christian Hepp K.

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Las variaciones observadas en cada caso, dentro de la misma especie, se deben a factores como prácticas de manejo, tipo de animal, edad, alimento utilizado, fase de producción, dinámica del flujo de agua, procesos de tratamiento, etc.

g/kg(base MS) Trucha Vaca lechera Aves Cerdo

Nitrógeno 0,20-0,39 0,01-1,01 0,13-1,50 0,06-1,00Fósforo 0,06-0,47 <0,01-0,25 0,01-0,40 0,04-0,65Potasio <0,01-0,02 0,01-0,65 0,06-0,54 0,05-0,63

CUADRO 1.1. Rangos en contenidos de nitrógeno, fósforo y potasio en estiércol de diferentes especies de impor-tancia económica en la industria alimentaria. (Aquaetreat, 2003).

La presente publicación entrega los resultados de un primer estudio titulado “Uso sustentable de lodos, procedentes de la fase de crianza de salmónidos, sobre suelos agropecuarios de origen volcánico en la Patagonia Occidental (Aysén)” que fue financiado por INNOVA Chile de Corfo y empresas asociadas.


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María Paz Martínez de U.

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CAPITULO 2

SISTEMAS DE PRODUCCIÓN ACUÍCOLA DE FASE TERRESTRE:RECIRCULACIÓN Y FLUJO CONTÍNUO


El creciente desarrollo de la acuicultura chilena ha generado mayores exigencias a la pro-ducción de smolt, en términos de cantidad y calidad, en los sistemas productivos terrestres, que son los encargados de abastecer las necesidades de la fase en agua de mar (engorda de los peces). Incluso se ha llegado a decir que el “cuello de botella” para la salmonicultura del futuro puede estar en esta etapa.

Existen distintos tipos de sistemas productivos en acuicultura, y una clasificación amplia-mente utilizada es la que toma en cuenta la cantidad de biomasa producida (cantidad de pe-ces, smolt o cultivos que es capaz de soportar el sistema). De esta forma, se pueden clasificar en: sistemas extensivos, semi-intensivos e intensivos.

Los sistemas intensivos en acuicultura consisten principalmente, en el cultivo de peces en alta densidad, con utilización de un flujo de agua cuyos objetivos principales son proporcio-nar oxígeno a los peces y, por otro lado, retirar los productos de desecho del metabolismo de los mismos o los desechos de alimentos no utilizados, para que no se acumulen y así no interfieran en el proceso de producción. Para implementar estos sistemas se debe utilizar estanques, los que se encuentran disponibles en los mercados en variadas formas y tamaños. Además se debe disponer de un volumen adecuado de agua, el cual dependerá de diferentes factores, como son: la especie a cultivar, la densidad a utilizar, las prácticas de manejo acuí-cola y la tecnología de producción a emplear.

Capítulo 2: Sistemas de producción acuícola de fase terrestre: recirculación y flujo contínuo

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En muchos países, el acceso al agua disponible para estos tipos de cultivo, ha sido regulado. En la actualidad muchos inversionistas han decidido apostar a los cultivos de recirculación, o sea con re-utilización del agua.

El residuo generado en estos sistemas de producción se denomina “lodo” (fecas de los peces más restos de alimentos) y éste ha sido la materia prima utilizada durante la ejecución del presente proyecto. Es importante destacar que la tecnología utilizada para la producción de smolt y la cantidad de biomasa a producir, determinará la cantidad de lodos que se genere durante este proceso. Este capítulo pretende presentar una breve descripción de dos sistemas intensivos de producción, profundizando en los de recirculación.

SISTEMAS DE RECIRCULACION EN ACUICULTURA

Un sistema de recirculación en acuicultura (SRA) es aquel que permite, mediante una serie de tratamientos del agua de cultivo, garantizar una calidad de agua suficiente y adecuada para el mantenimiento de los organismos acuáticos en sus diferentes estadios (reproduc-ción, larvario, pre-engorda o engorda). Todo ello con un importante ahorro de agua nueva al sistema (renovación de entre un 5 y un 10 % de todo el volumen de cultivo al día). Los SRA proporcionan un medio de cultivo estable para los peces que debe ser manejado en forma integral. Estos funcionan para mantener los parámetros de calidad del agua mediante procesos como la filtración, el control de temperatura, el control del nivel de oxígeno, el nivel de amonio, el pH, la desinfección y otros. De esta manera, están contribuyendo a una pro-ducción más intensiva, además de lograr ahorros significativos en energía y agua en relación a las pisciculturas tradicionales de circuitos abiertos.

Existen estudios en Francia, Dinamarca y Alemania, llevados a cabo en pisciculturas de tru-chas, que aportan datos muy interesantes en relación a los SRA. En estos sistemas, las nece-sidades de agua nueva son de aproximadamente 1m3 por cada kg de alimento aportado, lo que supone una proporción cien veces menor que en los sistemas tradicionales de circuito abierto (pasada). Por consiguiente, el caudal de agua residual desciende proporcionalmente, simplificando enormemente el tratamiento de los efluentes.

En la actualidad los SRA son valorados, porque con ellos se puede lograr un incremento notable de la productividad, la producción continuada a lo largo del año con mayor inde-pendencia de las condiciones climáticas externas, incrementar el índice de conversión de los alimentos, mejorar el control de la calidad del agua de cultivo y reducir el volumen de agua residual a tratar.

Es importante tener en cuenta que la tecnología de los SRA requiere de una inversión inicial superior, que puede verse compensada con el incremento del rendimiento de producción


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por m2 de superficie cultivada o por m3 de agua nueva utilizada. Es necesario destacar que el manejo simultáneo de muchos parámetros para lograr el buen funcionamiento del SRA, requiere de personal calificado. En un SRA óptimo se mantienen los peces bien alimentados y con una calidad de agua adecuada para garantizar el máximo bienestar y crecimiento de toda la biomasa. Al sistema se le aporta alimento y los peces generan residuos (fecas y restos de alimentos) y estos consumirán oxígeno, lo que produce un deterioro de la calidad del agua rápidamente si no se toman las medidas necesarias. El flujo del agua es el mecanismo mediante el cual se aporta el oxígeno necesario al tanque de cultivo. Al mismo tiempo, con ese mismo flujo se retiran los productos residuales generados. Estos son llevados hacia los sistemas de tratamiento de agua y de ahí, una vez tratada y mejorada (por distintos tipos de rotofiltros, biofiltros etc), retorna al tanque de cultivo. El diseño de un SRA debe garantizar que los parámetros más importantes que afectan la calidad del agua (oxígeno, nitrógeno amoniacal total (TAN), dióxido de carbono, sólidos en suspensión, pH, temperatura), se mantienen estables y equilibrados a lo largo de todo el proceso de cultivo. Los parámetros más importantes a monitorear durante el proceso son los siguientes:Eliminación de sólidos:

Existen diversos sistemas de eliminación de sólidos disponibles en el mercado nacional: fil-tro de tambor rotatorio (Figura 2.1), filtro de banda o espumadores. Es importante mencio-nar que por cada kilo de alimento aportado al sistema, se generan aproximadamente, 250 gramos de sólidos (SST).

El filtro rotatorio funciona cuando las partículas son atrapadas en el lado interno de la malla de filtración, escurriendo el agua filtrada fuera de la malla. El filtro permanece en su posi-ción inicial, es decir, estático. A medida que las partículas son retenidas, la malla comienza a saturarse, lo que provoca un incremento en el nivel del agua en el interior del filtro, hasta alcanzar el nivel máximo establecido. Una señal eléctrica generada por un sensor de nivel del tipo varilla, acciona el tambor rotatorio conjuntamente con la bomba del retrolavado. El tambor rotatorio gira en 180 grados, con lo que la parte limpia de la malla queda sumergida en el agua, continuando la filtración. La bomba de retrolavado inyecta agua limpia con una presión de 3 bar sobre la parte superior de la malla, con lo que se retiran los residuos de la misma. Éstos caen directamente en una bandeja interna con declive para ser conducidos en un estanque de depósito de lodos. Luego una bomba retira los lodos de forma continúa hacia otro estanque


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FIGURA 2.1 : Filtro de Tambor Rotatorio.

Eliminación de amonio: Los biofiltros (figura 2.2) son simples depósitos de material, con una gran superficie especí-fica para obtener una elevada colonización de bacterias nitrificantes.

Existen varios tipos de estos biofiltros en el comercio, entre los cuales se mencionan los sumergidos, los biodiscos rotatorios, etc. Hace más de 20 años, los biofiltros sumergidos se consideraban como los mejores, sin embargo, en los últimos años, otros tipos como los biológicos rotatorios y los filtros de lecho, han demostrado ser más efectivos para la remo-ción del amoníaco. Existen numerosos factores que pueden afectar el buen funcionamiento de un biofiltro y estos pueden ser tanto de origen físico, como químico y biológico. Los factores químicos se relacionan al pH del medio, la alcalinidad del agua, la concentración de amoníaco y nitritos, el oxígeno existente, los sólidos suspendidos, la salinidad, la tasa de difusión de los gases; mientras que los factores físicos abarcan la temperatura, la profundi-dad de ubicación del filtro, la sección transversal de éste, el material de confección, la luz, etc. Finalmente, los factores biológicos también influyen. Por ejemplo, la cantidad en peso de las células bacterianas existentes, la formación de un lecho de bacterias para el inicio del funcionamiento del biofiltro, etc.

Se estima que por cada gramo de nitrógeno amoniacal nitrificado se requiere 4,57 g de oxí-geno y 7,05 de CaCO3 o 0,143 equivalentes de alcalinidad.


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FIGURA 2.2 Detalle de construcción de un biofiltro.

Aporte de Oxígeno:Es necesario aportar aproximadamente unos 500 gramos de oxígeno por cada kilo de ali-mento suministrado a los peces. Las bacterias nitrificantes también respiran, por lo que de-ben ser consideradas en este cálculo. Se utilizan muchos sistemas para oxigenar el agua: bombas aireadoras, bi-cono invertido, tubo en U, etc.

Eliminación de CO2:El CO2 de la respiración de los peces y las bacterias debe ser eliminado. Se estima que por cada kilo de alimento aportado al sistema se generan en el sistema 0,7 kilos de CO2. La manera más sencilla y económica que se utiliza para eliminarlo son las columnas de desga-sificación o simple aireación.

Control del pH:La respiración de los peces y las bacterias del biofiltro, hacen aumentar la concentración de CO2 en el agua, haciendo que ésta tenga tendencia a acidificarse. Por otro lado, las bac-terias utilizan el carbono presente en el agua para crecer, por tanto debe monitorearse la alcalinidad, sobre todo en agua dulce. Se deben aplicar aproximadamente 200 gramos de bicarbonato sódico o el equivalente con alguna base tipo NaOH, por cada kilo de alimento suministrado al sistema.

Desinfección:En todos los SRA se realiza la desinfección mediante lámparas ultravioletas u ozonización. Se estima que por cada kilo de alimento suministrado se deben aplicar entre 13 y 24 gramos de ozono.


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Modificación de la temperatura:Únicamente en los SRA se plantea la necesidad de aumentar la temperatura del agua, y es importante destacar que sólo se calienta la fracción de agua nueva que se ingresa al siste-ma. Los métodos que se utilicen para conseguir el aumento de la temperatura, depende-rán de la realidad de cada piscicultura (en relación a disponibilidad y costos). Por nom-brar algunos sistemas, están las calderas, bombas de calor reversible, gas, energía solar,etc.

Control y Automatización del sistema:Todos los parámetros señalados anteriormente, hacen que el SRA no sea un proceso sim-ple, por lo que se ha optado por su automatización. Estos funcionan muy bien gracias a las tecnologías disponibles, incluso algunos incluyen sistemas de alarmas lo que permite man-tenerlos funcionando 24 horas al día los 365 días del año.

FIGURA 2.3: Diagrama de componentes de un sistema de recirculación. (Fuente AKVA Group)

SISTEMA TRADICIONAL (Flujo Continuo)

Las prácticas tradicionales de producción en piscicultura requieren grandes cantidades de agua de muy buena calidad, que actualmente se encuentra limitada en muchas áreas del planeta. Se puede definir un sistema de producción tradicional de flujo continuo como aquel que utiliza grandes volúmenes de agua para mantener en buen estado un cultivo. En estos sistemas, a diferencia del descrito en el punto anterior, la reutilización de agua puede ser parcial o nula. La generación de aguas residuales es alta, aunque se cuenta en algunos casos con distintos tipos de filtros cuya finalidad es eliminar la materia orgánica del agua, evitar la entrada de peces silvestres u otros depredadores.


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Este tipo de pisciculturas cuentan con una serie de filtros de distintos tipos, los que son ubicados antes y después del ingreso del agua a los estanques. Algunos ejemplos son los tamices fijos, bolsas de malla, filtros de piedra y grava, filtros de caja, etc. Además, este tipo de producción está generalmente asociado a la utilización de un decantador, para acumular los sólidos del proceso de producción. La decantación es un método físico de separación de mezclas heterogéneas, que pueden ser formadas por un líquido y un sólido. Es necesario de-jarla reposar para que el sólido se sedimente, es decir, descienda y sea posible su extracción por acción de la gravedad, y una vez que sedimenta puede ser succionado por bombas para su disposición final.

Como conclusión general, se puede decir que estas tecnologías permiten intensificar la pro-ducción. En el caso de la SRA, la mantención de los cultivos controlados se produce ahor-rando agua, energía, reduciendo las superficies de cultivos y simplificando el retiro de los residuos, con altas inversiones iniciales que después se compensan en sus ahorros, siendo una de las alternativas más sustentables de producción en muchas partes del planeta.

En el caso de sistemas continuos tradicionales de producción, también se pueden lograr producciones intensivas, con mayores gastos de agua, calefacción y recursos humanos, pero con inversiones iniciales menores.

A la hora de elegir un sistema de producción, se debe considerar, los recursos con que se cuenta, objetivos de producción y características del emplazamiento de la futura piscicultu-ra. Cada uno de estos factores, ayudará a la hora de tomar decisiones sobre cuál sistema será el adecuado para una empresa determinada.


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Daniel Cross O.

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CAPITULO 3

ESTABILIZACIÓN DE LODOS EN LAGUNAS

Daniel Cross O.

La utilización de lagunas para tratamiento de residuos líquidos con carga orgánica biodegra-dable se ha utilizado desde mediados del siglo pasado. ¿En qué radica que un procedimiento de tratamiento se mantenga, aún cuando se han desarrollado tratamientos de residuos líqui-dos con tecnología más avanzada? La respuesta a esto se obtiene al destacar los siguientes aspectos que son propios del tratamiento por medio de lagunas:

• Bajo costo de construcción y operación.• Demanda muy poca operación dedicada o especializada.• Tienen una retención de sólidos que puede alcanzar los 5 a 10 años.• Son compatibles con tratamiento o disposición final de efluentes en suelos. •

Es importante destacar, al mismo tiempo, que este tipo de tratamiento presenta algunas desventajas o problemas que son necesarios de considerar y evaluar. En particular, lagunas sin aireación requerirán algún tipo de tratamiento secundario para cumplir las normas de descarga:

• Pueden requerir una superficie significativa de terreno.• En algunos casos se puede presentar un gran desarrollo de algas o plantas acuáti-

cas superficiales, lo que puede complicar su descarga regular.• Es necesario tener el suelo de las lagunas perfectamente aislado para no contami-

nar los acuíferos.• Lagunas con un diseño inapropiado u operadas incorrectamente pueden producir

olores molestos (de especial cuidado en sectores aledaños a poblaciones).

Capítulo 3: Estabilización de lodos en lagunas

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Las lagunas se pueden clasificar según:• Régimen de operación hidráulico• Disponibilidad de oxigeno

RÉGIMEN DE OPERACIÓN HIDRÁULICOSe definen los siguientes tipos y procedimientos:

Lagunas cero descarga: El nivel de la laguna se controla sólo por la tasa de evaporación, de manera que el caudal de afluente, en régimen estacionario, debe ser igual a la pérdida por evaporación. Estas lagunas sólo son aptas para lugares de baja tasa pluviométrica y altas temperaturas.

Lagunas de descarga controlada:El nivel de la laguna se mantiene por descargas discretas, que se realizan en determinadas épocas del año. En particular, si se descarga a cuerpos de agua superficial, la frecuencia se establecerá de acuerdo a la capacidad de abatimiento secundario de éstos.

Lagunas de descarga hidrográfica:Son similares a las de descarga controlada, pero se refieren a cursos de aguas como ríos o arroyos. La descarga se hará coincidir con el máximo caudal de dicho cuerpo de agua, que en general ocurrirá durante la época de deshielo. De esta manera, el diseño de laguna deberá considerar un ajuste a este tipo descarga restringida.

Lagunas de descarga continua:Este régimen hidráulico obliga a tener un sistema de tratamiento secundario para poder mantener la descarga continua. Éste puede ser a través de sistemas de riego, un humedal o un cuerpo de agua que tenga la capacidad para dar cuenta del tratamiento secundario del efluente.

DISPONIBILIDAD DE OXIGENO Según la disponibilidad de oxígeno, se tienen los siguientes tipos de lagunas:

Lagunas aeróbicas: La condición aeróbica se obtiene por el desarrollo de microorganismos fotosintéticos en toda la columna de agua. Para lograr esta condición, estas lagunas se diseñan con poca pro-fundidad, ya que con esto se permite que la luz solar penetre hasta el fondo de la misma, lo que permite una gran actividad fotosintética en todo la columna de agua mientras haya luz solar.

Daniel Cross O.

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En general, la profundidad o altura de columna de agua va desde los 0,3 a 0,6 metros. Estas lagunas tienen generalmente un tiempo de retención hidráulica o HRT de cinco días (es decir demoran hasta cinco días para llenarse). Se utilizan en conjunto con otras lagunas o tratamientos previos. Son adecuadas para climas soleados y cálidos.

Lagunas facultativasEste tipo de lagunas son las más comunes dada su gran versatilidad y se conocen también como lagunas de estabilización u oxidación. La columna de agua va desde los 1,5 a 2,5 m, y se puede distinguir una zona superior que es aeróbica y una zona inferior anóxica (lle-gando a ser prácticamente anaerobia en su fondo). La extensión de cada una de las zonas dependerá de elementos naturales como el viento y la temperatura, que podrán favorecer la disolución de oxigeno en el agua y su mezcla con zonas más profundas. Aquí también la fotosíntesis puede jugar un rol importante en términos de aportar oxigeno a parte de la columna de agua.

El abatimiento de la carga orgánica es llevado a cabo por bacterias aeróbicas ubicadas en el segmento superior, y también por las bacterias facultativas y anaerobias que se ubican en la zona inferior. Las lagunas facultativas se pueden utilizar con cualquier régimen hidráulico y pueden operar con HRT de 20 a 50 días o más.

Lagunas aireadas con mezcla parcial:Este tipo de lagunas son más profundas y con una mayor capacidad de carga orgánica en el afluente. El oxigeno es aportado por medio de mezcladores mecánicos que están en la super-ficie en balsas y con difusores que se encuentran en el fondo de la laguna.

La columna de agua va desde los 2 a 6 m, y trabajan con un tiempo de retención (HRT) de tres a veinte días. El uso de estas lagunas está muy difundido, ya que pueden tratar una can-tidad de carga orgánica por unidad de superficie muy superior al de las lagunas facultativas.Lagunas anaeróbicas:

Estas lagunas se utilizan para afluentes con alta carga orgánica en zonas rurales remotas. La columna de agua es de 5 a 10 metros y trabajan con un HRT de 20 a 50 días o más.

FUNCIONES DE UNA LAGUNA DE ESTABILIZACIÓN

La capacidad de remoción o abatimiento de parámetros críticos en lagunas tiene un com-portamiento diferente a los sistemas de depuración intensivo, a pesar de ser ambos un tipo de tratamiento biológico de la carga orgánica, medida a través de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO); los sólidos suspendidos totales (SST); el nitrógeno; el fósforo; y la remoción de patógenos.


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Abatimiento carga orgánica (DBO):Las lagunas se pueden considerar como reactores biológicos de baja masa, donde la oxida-ción de la materia orgánica es realizada por una masa microbiana aerobia o facultativa. En general, la DBO insoluble es removida por sedimentación. El alcance de estos sistemas para la remoción de DBO depende principalmente del diseño, operación y condiciones climáti-cas. Pueden remover hasta un 90 % de la DBO si su diseño y operación es la correcta.Remoción de Nitrógeno:

La remoción de nitrógeno en lagunas es dependiente de varios factores, como volatilización de amonio (que es dependiente del pH), fijación en biomasa de algas, ciclos microbianos de procesos de nitrificación/desnitrificación, sedimentación de los lodos, etc. La remoción de nitrógeno puede variar de un 40 a 80% dependiendo del tipo de laguna y condición climá-tica.

Remoción de fósforo:La remoción de fósforo en lagunas es mínima. Para incrementar la capacidad de las lagu-nas para la remoción de este elemento se deben agregar algunos químicos como alúmina o cloruro férrico. Evidentemente que esto complica la operación y aumenta los costos del tratamiento. Deberá analizarse siempre la posibilidad de la reducción del fósforo en un tra-tamiento secundario, como fijación en biomasa vegetal, entre otros.

Como se ha planteado, los sistemas de tratamiento de residuos líquidos por lagunas, nor-malmente requieren de algún proceso secundario para llevar los parámetros críticos a ni-veles de descarga al ambiente. El tratamiento en suelo consiste en la aplicación controlada de efluentes en una superficie de tierra cultivada. La presencia de una gran biomasa asegura que la carga orgánica (ahora nutrientes) puedan ser fijados, dejando un escurrimiento libre de contaminantes.

APLICACIÓN DE EFLUENTES AL SUELOExisten al menos tres procedimientos para la aplicación de efluentes al suelo: flujo lento; infiltración rápida; y el escurrimiento. Desde un punto de vista de uso agropecuario, el flujo lento es el sistema utilizado, ya que este procedimiento considera la aplicación discreta de efluentes sobre cultivos con un concepto asimilable al de riego. De esta manera, la aplicación de efluentes tiene un aporte de nutrientes y también un aporte hídrico, que puede ser apro-vechada por las praderas y/o cultivos. Este sistema ha probado ser muy eficiente en la remo-ción de los parámetros como carga orgánica (DBO), sólidos suspendidos totales; nitrógeno, fósforo, y la remoción de patógenos

Daniel Cross O.

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APLICACIONES PRÁCTICAS

A través de un proyecto experimental, destinado a explorar las potencialidades de uso de lodos de pisciculturas, se han realizado pruebas prácticas de aplicación de estos lodos sobre suelos agropecuarios. Dado que ello no está normado en la actualidad, solamente se auto-riza para fines experimentales, aunque se debe estudiar su implementación como forma de reciclaje de estos elementos residuales. Lo anterior, debido a que la carga nutricional del lodo contiene elementos, especialmente nitrógeno y fósforo, que es de utilidad para el creci-miento vegetal, y que de esta forma puede ser retirado parcialmente de estos efluentes para un uso benéfico.

De esta forma, en la Región de Aysén, para el tratamiento de lodos se probó el uso en una fase primaria de una laguna facultativa y una fase secundaria por irrigación de suelos para cultivo y praderas (Figura 3.1), con flujo lento. La laguna tuvo una columna de 3 m, con una HRT variable, pero al menos de 30-50 días, remoción de la fase líquida con sistema de riego y retención de lodos por períodos prolongados, que puede superar los dos años.

FIGURA 3.1 Aspersión de la fase líquida de una laguna de sedimentación.


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Christian Hepp, Felipe Vidal, Pier Barattini y Adriana Carvajal

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CAPÍTULO 4

CARACTERIZACIÓN DE LODOS DE PISCICULTURA CON POTENCIAL PARA EL SECTOR AGROPECUARIO


GENERALIDADES

Los lodos de piscicultura son residuos de un proceso de producción, que involucra organis-mos vivos y está sujeto por lo tanto a una serie de factores que inciden sobre su composición final. Como ya se señaló anteriormente, los lodos son el resultado de la producción de heces de los peces, además de los restos de alimento no consumido, y de otros elementos utiliza-dos eventualmente en el proceso (sal, cal, productos farmacológicos, etc.). Desde el punto de vista nutricional, sin embargo, las fecas y restos de alimento serán indudablemente los determinantes principales de la composición final del lodo.

Por ejemplo, la composición del lodo dependerá de la fase de producción en la piscicultura y tipo de alimento utilizado (ej. contenido de proteína, digestibilidad), del manejo de alimen-tación (eficiencia del mismo y el porcentaje de pérdidas), e incluso del tipo de piscicultura. Posteriormente incidirá la forma en que se manipule el lodo, es decir si se considera al estado fresco o bien estabilizado en una laguna de decantación u otra modalidad. De esta forma, existirán variaciones naturales en la composición del mismo. Un factor adicional lo consti-tuye el porcentaje de materia seca que contenga el lodo (o al revés, el nivel de humedad del mismo), que tendrá implicancias directas de tipo práctico al momento de aplicarlo sobre el suelo.

Capítulo 4: Caracterización de lodos de piscicultura con potencial para el sector agropecuario

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CARACTERIZACIÓN DE LODOS

Los resultados de los lodos analizados por el proyecto en la Región de Aysén, indicaron niveles promedio de materia seca de 65,2 g/l, mientras que en otras pisciculturas los valores fueron muy inferiores, de sólo 0,4 - 1,4 g/l, aproximadamente. Ello se debe a diferentes siste-mas de producción y a diferentes formas de manejar el residuo. En los casos de residuos de muy baja concentración, para el eventual uso agropecuario será necesario concentrar estos lodos, mediante sistemas de decantación, que a su vez permitan pre-estabilizarlos. La figura 4.1 muestra la alta variabilidad encontrada en muestras de lodos extraídos de un mismo decantador de piscicultura.

FIGURA 4.1. Contenido de materia seca de muestras de lodos extraídos de un mismo decantador de piscicultura.

De acuerdo a la alta variabilidad observada, es importante caracterizar el lodo que se extrae de las lagunas o decantadores (especialmente su contenido de materia seca, un elemento vital a la hora de dosificar su aplicación en terreno) y que la metodología de extracción debe ser observada con cuidado, ya que el uso de los mismos equipos, implementos y per-sonal pueden redundar en contenidos de materia seca muy diferentes en cada situación. Por ejemplo, en este caso, un factor central es el constante cambio de la manguera de succión en el fondo del decantador, de modo de poder maximizar el contenido de sólidos en cada extracción.


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Material %MS Sólidos totales

Sólidos Suspendidos

volátiles

Sólidos suspendidos

totalesDQO pH

g/l mg/l

mín 0,7 6,1 0,17 2,72 3.700 6,01

Lodo sedimentado max 11,9 90,2 4,27 79,62 25.610 7,07

promedio 3,84 34,84 1,34 24,5 12.800 6,46

mín 0,2 2,1 0,014 0,1 403 6,93

Fase líquida laguna max 0,9 8,8 0,304 4,13 1.378 7,53

promedio 0,41 4,33 0,114 1,32 979 7,25

CUADRO 4.1. Parámetros promedio medidos en lodo y sobrenadante de pisciculturas en Aysén.

El cuadro 4.1 resume algunos parámetros medidos en el lodo y la fracción líquida de lagu-nas de varias pisciculturas. Se aprecia nuevamente una amplia variación en el contenido de humedad, el que fluctuó entre 88,1 a 99,3%, con un promedio de 96,2% en lodos; y entre 99,1-99,8%, con promedio de 99,6% en la fracción líquida (sobrenadante). Los valores de pH tuvieron promedios de 6,46 y 7,25, en lodo y fracción líquida, respectivamente. En sólidos totales, los lodos tuvieron un promedio de cerca de 35 g por litro, con una proporción me-nor en cuanto a sólidos suspendidos volátiles. En la fase líquida, el promedio de sólido total supera levemente los 4 gramos por litro. El lodo tiene un valor DQO promedio de 12.800 mg/l, mientras que en la fase líquida es de sólo 979 mg/l, en promedio, lo que indica que una parte sustancial de la fracción orgánica se encuentra en el lodo.

Según el cuadro 4.2, el lodo analizado tuvo una variación amplia en nitrógeno disponible, de hasta cuatro veces. Éste corresponde principalmente a nitrato y amonio, el cual es de inmediata disponibilidad para los vegetales, siendo probablemente el causante de las rápidas respuestas que se observan al aplicar lodos en praderas y cultivos, como se verá más adelan-te. Sólo una parte del nitrógeno está en forma disponible, ya que la mayor parte corresponde a formas orgánicas.

En el mismo cuadro 4.2, el fósforo también se encuentra en formas inorgánicas disponibles y orgánicas (no disponibles en forma inmediata). Se observó también una amplia variación para este elemento en las muestras analizadas, llegando a variar hasta en un factor de seis la concentración de fósforo disponible. Sólo una muy pequeña fracción corresponde a P disponible, mientras que la mayoría se encuentra en forma orgánica. En términos de fósforo total, este elemento presenta una concentración muy variable de entre 8,5-75,5 g/kg en el lodo analizado (cuadro 4.2).


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La concentración de potasio y de azufre disponible es baja y no representa en este caso ma-yor importancia para el uso agropecuario, dada su baja magnitud de aporte (cuadro 4.2).

Muestra N* disponible N total P disponible P total** K disponible S disponible pH M.O.

mg/kg % mg/kg g/kg mg/kg mg/kg %

Base seco 539 – 3122 2,6-3,7 862 – 5257 8,5-75,5 71-173 29 – 67 5,3 – 6,9 47 – 56

*N como nitrato y amonio (8-31% del N total) **fracción importante en eventual efecto residualCUADRO 4.2. Rangos encontrados en contenido de nutrientes principales disponibles y totales en muestras de

lodos de piscicultura. Lodo base materia seca (100%.)

En el caso de nitrógeno y fósforo existen aportes significativos de N y P disponible. En ni-trógeno, una aplicación de 100 m3 de lodo, por ejemplo con un 7% de materia seca implica un aporte de nitrógeno disponible de entre 4-22 unidades de nitrógeno (como nitrato y amonio). En el caso del fósforo, el aporte es mayor aún, y fluctuaría entre 6-37 kg de P/ha, lo que implica entre casi 14-78 unidades de fósforo (expresado como P2O5/ha). Esa dosis pue-de, en ciertas circunstancias suplir la totalidad de fósforo que requiere una pradera o cultivo forrajero durante la temporada. Ello significa por lo tanto reemplazar fuentes artificiales de fósforo por un aporte de origen orgánico (lodo estabilizado).

El cuadro 4.3 resume los rangos de concentración de metales pesados (valores totales), en-contrados en muestras de lodo analizadas. Los valores encontrados son muy inferiores a los reportados como limitantes para el uso de lodos en suelos agropecuarios.

As Cd Cu Cr Hg Fe Mn Mo Ni Pb Se Zn

mg/kg

2,5-5,7 2,3-3,3 28-31,3 5,61 0,11 4750 491,2 0,87 <3,5-1,8 3,8-3,9 2,27 768- 952

CUADRO 4.3 Rangos encontrados en concentración de metales pesados en muestras de lodos de piscicultura.

Los suelos volcánicos presentan muy frecuentemente déficit en los niveles de fósforo dispo-nible. Éste es un elemento vital para un adecuado crecimiento, desarrollo y producción de las plantas. Su relevancia es tal, que es la base del programa de recuperación de suelos degra-dados (SIRSD) que se aplica en gran parte del centro y sur del país, incluyendo las regiones australes. De esta forma, el estado subsidia hasta el 80% del costo la aplicación de fósforo en dosis tales que permitan corregir las deficiencias.


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FIGURA 4.2 Lodo de piscicultura estabilizado, en su estado natural para aplicación sobre suelos agropecuarios

Debe tenerse en cuenta, que en el caso de estos lodos, una parte de los nutrientes está disponible y otra se encuentra en forma ligada a moléculas orgánicas, que debe entrar al sistema suelo y ser mineralizado. Es por ello que al aplicar lodos debe considerarse también los efectos residuales de fósforo entre temporadas sucesivas.

La concentración de nitrógeno disponible, si bien es menor a la de fósforo, no deja de ser significativa, sobre todo considerando las fracciones de más inmediata disponibilidad para los vegetales.

Un aspecto en el que también debe hacerse hincapié, es que la aplicación de lodos debe seguir parámetros técnicos que consideren una dosificación tal que no genere aplicaciones excesivas de este elemento al suelo.

De acuerdo a otros estudios (cuadro 4.4), el proceso de decantación genera diferencias entre la fase líquida y el lodo propiamente tal, en términos físicos y químicos. El valor de DBO5, N total, N amoniacal, P total y K total son muy superiores en el lodo que en la fracción líquida, con lo que el proceso de decantación permite concentrar los nutrientes (y las poblaciones microbianas) en el lodo (sedimento). Asimismo, la comparación con lodos de estableci-mientos de cerdos (como referencia) muestra que dichos lodos tienen valores DBO5 muy superiores (4 veces), mayores niveles de nitrógeno total (el triple), 20 veces más potasio, pero 5 veces menos fósforo. Los suelos volcánicos sobre los cuales se aplicarían estos lodos son deficitarios justamente en este último elemento. El agua sobrenadante tendrá un efecto de riego, ya que su contenido de materia seca es bajo y su concentración de nutrientes es más limitada, como se verifica más adelante.


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Materia Seca pH DBO5 N total NO3-N NH4-N P total K total

% mg/l g/kg g/kg g/kg g/kg g/kg

Fase líquida 4,3 7,2 21 0,09 0,00 0,05 0,02 0,81

Lodo piscicultura 22,6 6,8 5.615 2,65 0,00 0,45 10.09 0,21

Lodo cerdos 6,0 7,0 20.000 8,33 0,00 5,00 2,17 4,17

CUADRO 4.4 Análisis físico-químico de material en tanque de decantación en piscicultura de Turbot. Unión Europea (Proyecto Aquaetreat-UE)

Durante el desarrollo del proyecto, se realizaron muestreos periódicos a aguas asociadas a las pisciculturas, lodos en sus diferentes etapas (fresco, decantado, tratado, etc.) y sobrenadantes o fracciones líquidas de lagunas de sedimentación. Se realizó una analítica completa para ca-racterizar las aguas relacionadas con las pisciculturas, tanto aquellas de ingreso, como las de salida. Asimismo se tomaron algunos puntos como testigo, para comparación (cuadro 4.5).

Las aguas de ingreso a la piscicultura tienen una acidez (indicada por valor pH) algo supe-riores a 7 (neutro) y no presentan en su composición factores limitantes según norma de riego. Las aguas post-proceso (rebalse y sobrenadantes), es decir aquellas que van a cursos de agua o bien a laguna de sedimentación y posteriormente podrían ser extraídas para uso agropecuario, cumplen normalmente con la norma, aunque presentan niveles más altos en la relación de absorción de sodio (RAS), producto de mayores concentraciones de este ele-mento, lo que se relaciona con la adición de cloruro de sodio en ciertas etapas del proceso de la piscicultura. La RAS relaciona la concentración de cationes de sodio con los de calcio y magnesio. En conjunto con la conductividad eléctrica (CE) es un indicador de potenciales riesgos de salinización, en el caso de suelos con alto contenido natural de sales y más bien de texturas finas (arcillosos) y drenaje impedido o lento.

Sin embargo, estos niveles de RAS y de CE deben evaluarse en relación a los tipos de suelos. En el caso de estos suelos volcánicos, se trata de suelos altamente permeables y bajos en contenidos de sales, por lo que probablemente no se esperarían mayores riesgos en este sen-tido, al manejarse adecuadamente las dosis de aplicación. En ellos, la salinidad es muy baja en forma natural, su textura es de tipo franco arenoso y presentan muy buen drenaje, con tendencia a favorecer la lixiviación y por lo tanto el lavado de sales desde el perfil, ayudado también por un régimen pluviométrico más alto.


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Descripción pH CE Ca++ Mg++ Na+ K+ SO4= Cl-

µS/cm mg/l

Agua ingreso pisciculturas* 7,2-7,9 83-155 0,86-1,31 0,11-0,25 0,10-0,15 0,03 9,6-14,9 <1

Fase líquida laguna** 6,86 285 0,84 0,14 1,52 0,03 11,5 34,8

Rebalse laguna piscicultura** 6,94 327 0,92 0,15 1,89 0,03 11,0 53,9

Aguas abajo desembocadura efluente**

7,1 232 0,88 0,18 1,08 0,04 12,0 22,3

Lodo fresco*** 6,93 3.800 8,73 3,62 7,50 0,51 154 111

*Agua con la cual generalmente no se observarán efectos perjudiciales en plantas.**Agua con la cual, generalmente, no se observarán efectos perjudiciales en plantas. Contenido de sodio porcen-tual excede valor normado.***No clasifica como agua.CUADRO 4.5. Análisis de aguas, sobrenadantes/fracciones líquidas y lodos de piscicultura, según norma chilena

de calidad de aguas de riego.

En cuanto a los lodos, éstos claramente no califican como “agua”. El lodo fresco presenta valores similares de pH a las fracciones líquidas, sólo levemente más ácido, aunque muy cercano a la neutralidad. La concentración de sales es muy superior, ya que éste, a pesar de ser bastante diluido, presenta mayor contenido de sólidos solubles y totales a diferencia del agua y de los sobrenadantes. Destacan los mayores niveles de sodio, que también inciden en una alta conductividad eléctrica. Estos lodos representarán un aporte de algunas sales (bases) al suelo.

Por otra parte, un caso especial representa el lodo obtenido de un proceso de prensado y deshidratación, que ha sido tratado con elementos coagulantes, como el cloruro férrico y polímeros. Este lodo, dada su composición, con muy altos niveles de sodio y cloro, además de una elevada conductividad eléctrica y pH extremadamente alcalino, no es apto para su uso en suelos agropecuarios. El lodo que se utilizaría sobre suelos agropecuarios no debe ser sometido a este proceso de deshidratación, sino que se derivaría directamente como lodo fresco a decantación normal de lodos, donde se concentra y se permite su estabilización.

Como antecedente adicional, el instituto EULA, dependiente de la Universidad de Concep-ción, realizó un análisis de algunos lodos de piscicultura en la Región de Aysén y concluyó que los materiales analizados: no presentan toxicidad por metales pesados (los niveles en-contrados en este estudio son además muy inferiores a los normales en suelos de la zona); no son reactivos (ácido cianhídrico, ácido sulfhídrico); no son corrosivos; no son inflamables; no presentan toxicidad aguda ni crónica.


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INFILTRACIÓN EN SUELOS

La cantidad e intensidad de lluvias en las zonas estudiadas asegurarían un adecuado lavado de sales mediante procesos de lixiviación natural, lo que ha sido comprobado a través de pruebas de infiltración en etapas anteriores. En términos de aplicación de agua, el balance teórico promedio indica que sería factible aportar agua vía riego desde al menos septiembre en adelante y hasta fines de abril e incluso el mes de mayo.

Pruebas de infiltración en suelos (figura 4.4) en el sector de Valle Simpson muestran que en este suelo se requieren 60 minutos para infiltrar alrededor de 80 mm de agua (alrededor de 100 mm en 80 minutos). La tasa de infiltración, medida en mm/h indica que la curva se estabiliza aproximadamente a los 30 minutos y en esta evaluación tiende a lograr un valor de estabilización de aproximadamente 70 mm/h (figura 4.3a).

Analizando las figuras para el sector de Emperador Guillermo (figura 4.3b), se observa que en este suelo se requieren 60 minutos para infiltrar alrededor de 135 mm de agua (alrededor de 165 mm en 80 minutos). La tasa de infiltración, medida en mm/h indica que la curva se estabiliza aproximadamente a partir de los 60 minutos y en esta evaluación tiende a lograr un valor de estabilización de aproximadamente 95-100 mm/h.

Estos suelos volcánicos se caracterizan por presentar texturas relativamente gruesas (franco arenosos a areno francosos) y drenaje rápido, de hidratarse muy rápidamente luego de un evento de precipitación, pero también de perder la humedad en forma acelerada luego de varios días de drenaje. Estas características deben tenerse en cuenta cuando se programa la aplicación de lodos o sobrenadantes/fracciones líquidas, ya que los contenidos de humedad de estos elementos son habitualmente altos.

Tasa de in�ltraciónSitio Nº1 Valle Simpson

minutos

200

150

100

50

00 20 40 60 80 100

mm

por

hor

a

In�ltración AcumuladaSitio Nº1 Valle Simpson

minutos

120

100

80

60

40

20

00 20 40 60 80 100

mm

FIGURA 4.3a Tasa de infiltración e infiltración acumulada de un suelo del sector Valle Simpson, Aysén, 2008.


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Tasa de in�ltraciónSitio Nº2 Emperador Guillermo

minutos

350300250200150100

50

00 20 40 60 80 100

mm

por

hor

a

In�ltración acumuladaSitio Nº2 Emperador Guillermo

minutos

180160140120100

80604020

00 20 40 60 80 100

mm

FIGURA 4.3b Tasa de infiltración e inf. acumulada de un suelo del sector Emperador Guillermo, Aysén, 2008.

FIGURA 4.4 . Procedimiento de medición de infiltración en suelos, mediante el uso de infiltrómetro. Valle

Simpson y Emperador Guillermo,Aysén, verano 2008.

ANTIBIÓTICOS

Otro factor que está en investigación es el uso de antibióticos en acuicultura y su influencia sobre los residuos en lodos. Como en otros sistemas intensivos animales (cerdos, aves, bovi-nos) es frecuente el uso de productos farmacológicos. Estudios preliminares no han indica-do limitaciones respecto a respuestas en vegetales, y se está estudiando la eventual presencia de antibióticos en los lodos y su posible efecto sobre la actividad microbiológica del suelo, tema que es materia de un capítulo posterior. Si bien es frecuente el uso de antibióticos en acuicultura, éste se concentra mayoritariamente en las fases de agua salada. Este tema se analiza más profundamente en el capítulo 8.


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Christian Hepp, Rodrigo Muñoz, Felipe Vidal y Patricio Almonacid

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CAPITULO 5

EFECTOS DE LA APLICACIÓN DE LODOS DE PISCICULTURA EN PRADERAS NATURALIZADAS DE AYSÉN


GENERALIDADES

Los lodos de piscicultura han demostrado tener niveles de fósforo y nitrógeno en concentra-ciones útiles para la producción agropecuaria. Las pisciculturas están emplazadas general-mente en predios de potencial ganadero y agrícola eventual o cerca de éstos. Es importante conocer los efectos de la aplicación de lodos sobre praderas naturalizadas de la zona, las que ocupan suelos con deficiencias habituales de fósforo y nitrógeno.

Dado el alto volumen y contenido de humedad de los lodos que generan las pisciculturas (habitualmente entre 95 y 99%), la utilización y manejo de ellos requiere de un proceso de concentración, el que puede realizarse en sistemas de lagunas de sedimentación de tipo facultativo. En ellas se produce también el proceso de estabilización de la materia orgánica, al menos en forma parcial. Producto del llenado de la laguna, se tienen dos fases definidas: lodo propiamente tal en la sección inferior de la laguna (sedimento) y una segunda fase, más superficial, que es la fracción líquida o sobrenadante. Esta última tiene muy altos niveles de humedad (sobre 99%) y sólidos solubles, además de suspendidos de pequeño tamaño. El manejo de llenado de la laguna exige que cada cierto tiempo se descargue parte de este sobrenadante, el cual puede ser asperjado sobre las praderas.

Se presentan aquí resultados de estudios realizados para evaluar los efectos de la aplicación de lodos de piscicultura en primavera, sobre la producción de materia seca de la pradera naturalizada y las variaciones en su composición botánica. Junto a ello, se buscaba establecer el efecto de la aplicación combinada de fracciones líquidas en forma periódica o de agua equivalente.

Capítulo 5: Efectos de la aplicación de lodos de piscicultura en praderas naturalizadas de aysén

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UBICACIÓN Y MANEJO

Las experiencias se realizaron en el valle Emperador Guillermo, a 40 km al NW de Coyhai-que sobre suelos de capacidad de uso III-e, cubiertos con pradera naturalizada. Los suelos de tipo Andisoles son permeables, con abundante materia orgánica, y texturas franco a franco-arenoso. En profundidad (87 cm) se encontraron capas de grava gruesa. El drenaje era bue-no y no había napas freáticas superficiales.

Sobre praderas naturalizadas del sector se establecieron experimentos para medir el efecto de la aplicación de lodos de piscicultura sobre la pradera naturalizada y su interacción con la aplicación de la fracción líquida de una laguna de decantación o la aplicación equivalente de agua. Se probaron diferentes volúmenes de lodo y sobrenadante para evaluar efectos sobre la pradera. Se aplicaron lodos con un contenido promedio de materia seca de 5,7%, mientras que la fracción líquida procedente de la laguna de decantación promediaba un 0,25% de materia seca. El agua y sobrenadante aplicado en cada oportunidad equivalía a 15 mm de precipitación.

RESPUESTAS EN PRADERAS

El cuadro 5.1 muestra los resultados de aplicaciones de lodo en primavera, con una respues-ta rápida y significativa (p<0,05) en la pradera naturalizada. Al segundo mes de aplicado el lodo ya se observa 15% mayor cantidad de biomasa en la pradera en el nivel L2 (48 m3/ha) y que aumenta gradual y sostenidamente hasta llegar a 190% mayor producción en el nivel L5 (384 m3 lodo/ha) respecto de L0 (sin lodo). Hacia el final de la temporada siguen presen-tándose diferencias significativas (p<0,05). Ello redunda en que en la primera temporada, la producción de biomasa total sea significativamente mayor en aplicaciones de L3 (96 m3/ha) en adelante, respecto a L0, con 29%, 64%, y 205% mayor rendimiento de forraje en L3, L4 y L5, respectivamente.

kg MS/ha

Nivel lodo 10-feb-10 02-jun-10 11-nov-10 28-mar-11 Total temporada 1

Total temporada 2

Total 2 temporadas

L0 1305 d 484 c 1383 d 2846 b 1790 c 4229 c 6018 d

L1 1130 d 690 bc 2323 cd 4893 a 1820 c 7216 b 9035 c

L2 1501 c 895 abc 2708 cd 5491 a 2397 c 8200 b 10596 bc

L3 2566 b 1527 ab 2979 bc 5251 a 4093 b 8230 b 12323 b

L4 3140 ab 1593 a 4325 ab 6501 a 4733 ab 10826 a 15559 a

L5 3787 a 1670 a 4801 a 6528 a 5457 a 11330 a 16786 aPromedios con letras diferentes dentro de cada fecha (columna) son significativamente diferentes (p<0,05).CUADRO 5.1. Producción de biomasa (kg MS/ha) de una pradera naturalizada sometida a diferentes

cargas de lodos de piscicultura aplicados a fines de primavera (diciembre 2009) y noviembre 2010. Promedios generales tratamiento principal. Valle Emperador Guillermo, Región de Aysén.


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El cuadro 5.1 muestra también la producción de biomasa del segundo año de crecimiento vegetal, con reaplicación de lodo en primavera. En este caso, al analizar el total de biomasa producida al final del segundo año, se tiene que incluso con el nivel más bajo de lodo apli-cado, la respuesta es estadísticamente significativa (p<0,05), en que L1 (24m3/ha) supera en casi 71% la producción de biomasa del tratamiento testigo (sin lodo). Los tratamientos L2, L3, L4 (192 m3/ha) y L5 superan en 94%, 95%, 156% y 168% la producción de biomasa de L0, respectivamente. Al contabilizar ambas temporadas, la aplicación de niveles variables de lodo a praderas naturalizadas en primavera permitió aumentar significativamente (p<0,05) su producción de biomasa desde algo más de 6 t MS/ha hasta sobre 16 t MS/ha, en prome-dio, lo que significa aumentos de hasta 179% (casi triplicar la producción). Las medias anteriores se referían a efectos combinados de lodos, sobrenadantes y agua, por lo que resulta interesante desglosar los efectos independientes de estos sub-tratamientos (sólo lodo; lodo+agua; lodo+sobrenadante). El cuadro 5.2 entrega esta información, y señala que hay diferencias significativas entre ellos (p<0,05).

kg MS/ha

Aplicación 10-feb-10 02-jun-10 11-nov-10 28-mar-11 Total temporada 1

Total temporada 2

Total 2 temporadas

Sólo lodo 2065 b 853 b 2602 b 4148 c 2918 b 6751 c 9669 c

Lodo+agua 2050 b 1182 ab 2988 b 5129 b 3231 b 8117 b 11348 b

lodo+sobrenadante 2600 a 1395 a 3670 a 6477 a 3995 a 10147 a 14142 a

Promedios con letras diferentes dentro de cada fecha (columna) son significativamente diferentes (p<0,05).CUADRO 5.2 Producción de biomasa (kg MS/ha) de una pradera naturalizada sometida a diferentes

combinaciones de cargas de lodos de piscicultura, sobrenadante de laguna de decantación y agua. Promedios generales de los sub-tratamientos. Valle Emperador Guillermo, Región de Aysén.

En general, se aprecia un efecto positivo de combinar el lodo con aplicaciones de agua y, especialmente, un incremento importante si se combina el lodo con aplicaciones posteriores de sobrenadantes. Es así como en la primera temporada la aplicación de la combinación lodo+sobrenadante produjo en promedio 37% más biomasa que aquellas praderas que sólo recibieron diferentes combinaciones de lodo. En la segunda temporada, las diferencias son mayores, con un 20% de mayor rendimiento en parcelas de lodo+agua, y 50% más biomasa en parcelas de lodo+sobrenadante, respecto de aquellas que sólo recibieron lodo. En general, al sumar ambas temporadas, la adición de aplicaciones de agua permitió subir en 17% la producción de biomasa, mientras que al combinar lodo con aplicaciones de sobrenadante se logró en promedio 46% mayor rendimiento, respecto a lodo solo (p<0,05).


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La figura 5.1 muestra que los aumentos de producción de biomasa en ambas temporadas son prácticamente lineales al menos hasta el nivel L4 en el lodo aplicado. Niveles mayores (L5), si bien no parecen tener efectos negativos, pareciera producir incrementos marginales menores cuando se asocia a aplicaciones combinadas con sobrenadantes. Es muy interesante comprobar el potencial de crecimiento y rendimiento que tiene la pradera naturalizada de esta zona, ya que los aumentos de producción primaria observados implican un incremento en la productividad de los sistemas productivos ganaderos a los que puedan estar asociados.

FIGURA 5.1. Producción de biomasa (kg MS/ha) de una pradera naturalizada sometida a diferentes combinaciones de cargas de lodos de piscicultura (lodo solo), sobrenadante de laguna de decantación

(lodo+sobrenadante) y agua (lodo+agua). Primer año (arriba), Segundo año (con reaplicación; medio) y TOTAL de los dos años (abajo). Valle Emperador Guillermo, Región de Aysén.


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Junto a los efectos sobre la producción de biomasa se producen cambios en la composición botánica de la pradera (gramíneas, leguminosas (tréboles) y hierbas (diferentes especies de hoja ancha)). A los dos meses de aplicado el lodo, ya se observa un incremento de las gra-míneas, que parece ser en primera instancia a expensas del grupo de hierbas. En la segunda temporada de crecimiento, inicialmente se observan elevados niveles de leguminosas en noviembre, que superan el 30% incluso con el nivel de lodo L2, para decaer luego hasta llegar a menos de 10% con L5. Luego de la segunda aplicación de lodo, se aprecia una disminución sostenida de leguminosas desde sobre 40% en L1 hasta prácticamente cero en L5. Por otra parte, las gramíneas aumentan desde algo menos de 40% en L0 hasta cerca de 85% en L5. La proporción de especies de hoja ancha (hierbas) disminuye fuertemente en todos los trata-mientos y se mantiene entre un 5-10% de la materia seca total.

Las categorías de gramíneas también tienden a potenciarse con aplicación de sobrenadantes, lo que ocurre en desmedro de leguminosas y hierbas de hoja ancha. Es probable que los ni-veles de nitrógeno disponible del sobrenadante confieran ventajas competitivas al grupo de gramíneas, y al revés, afecte el desarrollo de los tréboles. Lo anterior se extrema hacia fines de la segunda temporada, donde los tratamientos de lodo+sobrenadante aumentan hasta 83% la composición de gramíneas, contra 58% en aquellos que sólo recibieron lodo. En el caso de leguminosas es al revés, ya que bajan desde cerca de 28% a sólo 11%, al considerarse la aplicación paralela de sobrenadante.

Al final de la primera temporada de crecimiento, se aprecia que la concentración de nitrato en el suelo aumenta sostenidamente con la concentración de lodo utilizada, pero especial-mente con el nivel más alto (L5), que tiene más de seis veces en nitrato respecto de L0 (cua-dro 5.3). También se aumenta la concentración de amonio, que es entre 39% y 175% mayor en L3 y L5, respecto a L0, respectivamente. Los niveles de fósforo total también aumentan en hasta 70% con L5, mientras que también hay mayor disponibilidad de éste. Los niveles de pH y de materia orgánica no se ven mayormente afectados por el uso de los lodos. La capacidad de intercambio catiónico muestra una tendencia a elevarse. El uso adicional de sobrenadantes sobre lodos muestra resultados similares para las variables indicadas.

Nivel Tratamiento pH N-nitrato N-amonio P-total P-Olsen %MO CIC mg/kg % mg/kg % cmo(+)/kg

L0 sin lodo 6,01 0,2 35,5 1,62 20,4 15,1 9,76L1 sólo lodo 6,06 0,12 49,3 2,11 19,4 16,4 L3 sólo lodo 6,09 0,33 57,1 2,36 30 13,9 L5 sólo lodo 6,14 1,33 97,7 2,74 37,8 16,5 12,06L0 +sobrenad 6,11 0,2 48,8 1,97 22,8 12,8 10,22L1 +sobrenad 6,14 0,16 56 1,87 18,2 13,8 L3 +sobrenad 6,27 0,5 53,1 2,38 34,8 17,7 L5 +sobrenad 6,25 0,64 74,9 2,89 38,8 17 10,93

CUADRO 5.3 Análisis de suelo en otoño 2010 (final primera temporada de crecimiento). Emperador Guillermo, Aysén.


40

Al repetir la aplicación de lodo en una segunda temporada, se observa un aumento consi-derable en los niveles de fósforo total del suelo, con entre 58% más (L3) y 234% más (L5) respecto de L0. La concentración de P disponible igualmente se incrementa fuertemente al aplicar lodo en forma reiterada por dos años. Se aprecia cierta tendencia a subir levemente el nivel de materia orgánica del suelo, mientras que el valor pH no se altera significativamente, salvo un leve descenso que se aprecia al incluir sobrenadantes (cuadro 5.4).

CONCLUSIONES

La aplicación de lodos sobre praderas naturalizadas tuvo efectos notables sobre la produc-ción de biomasa, especialmente al utilizarse aplicaciones de primavera (durante la tempo-rada de crecimiento). Aplicaciones de otoño no tuvieron el mismo resultado, aunque igual-mente se observan ciertos incrementos productivos. La aplicación combinada de lodo y posteriormente de sobrenadantes seriados en la temporada tuvo un efecto de potenciar el crecimiento vegetal, lográndose con ello los mayores rendimientos de materia seca en la pradera. La aplicación de lodo y la incorporación de eventos posteriores de agua de riego también tuvieron efectos positivos, aunque no de la misma magnitud que el uso de sobre-nadantes. Junto al aumento de biomasa, se observa una disminución en los contenidos de leguminosas y hierbas de hoja ancha en la composición botánica de la pradera, con un con-siguiente aumento sustancial en la proporción de gramíneas. El uso de lodos incrementa el nitrógeno total del suelo y la concentración de nitrato y de amonio en éste, como también los niveles de fósforo total.

Nivel Tratamiento pH P-total P-Olsen %MO

% Ppm %

L0 sin lodo 5,89 2,11 26,6 19,3

L1 sólo lodo 6,1 33 20,7

L3 sólo lodo 6,1 3,33 57,4 20,6

L5 sólo lodo 6,15 7,08 94 22,1

L0 +sobrenad 6,19 2,33 29,2 17,2

L1 +sobrenad 6,27 32 16,2

L3 +sobrenad 6,17 3,03 62,2 21,1

L5 +sobrenad 6,03 6,14 91 18

CUADRO 5.4. Análisis de suelo en otoño 2010 (final primera temporada de crecimiento).Emperador Guillermo, Aysén.

Christian Hepp y Felipe Vidal

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CAPITULO 6

EFECTOS DEL USO DE LODOS DE PISCICULTURA SOBRE PRADERASARTIFICIALES Y CULTIVOS EN AYSÉN


Los lodos de piscicultura, al tener elevados contenidos de nitrógeno y fósforo, parcialmente disponible y soluble, tienen también un potencial de uso en praderas de mayor nivel produc-tivo, como también con algunos cultivos intensivos. En Aysén existen zonas con praderas establecidas y cultivos, especialmente de uso forrajero (alfalfa, cereales, brásicas, etc.), donde la respuesta a nitrógeno y/o fósforo es fundamental, a la hora de alcanzar niveles elevados de rendimiento. En este capítulo se resumen algunos resultados obtenidos con aplicaciones experimentales de lodos de piscicultura sobre praderas artificiales y algunos cultivos en la zona.

APLICACIÓN DE LODOS SOBRE PRADERAS ARTIFICIALES

En praderas mixtas artificiales (ej. pasto ovillo y trébol blanco x trébol rosado), con apli-caciones de lodo de primavera-verano, ya en marzo (inicio de otoño) se observa un efecto sobre la producción de materia seca.

En términos de nitrógeno y fósforo aplicados, el cuadro 6.1 muestra que el aporte fue de entre 3-48 kg de N disponible/ha y de 8-134 kg de P2O5/ha, según tratamiento. Una pradera de esta zona, para lograr adecuados niveles de producción recibe aplicaciones de fósforo, habitualmente en forma de superfosfatos, que fluctúan entre 40 y 80 kg de P2O5/ha al año y que puede ser potenciada además con 30-50 kg de N/ha en primavera, en general como urea. En este sentido, la aplicación de lodos puede transformarse en un reemplazo parcial o inclusive total de estos fertilizantes comerciales.

Capítulo 6: Efectos del uso de lodos de piscicultura sobre praderas artificiales y cultivos en Aysén

42

El cuadro 6.2 muestra que en el primer año, producto de la aplicación de lodo de inicios de verano, ya en marzo hay un efecto significativo (p<0,05) sobre la producción de materia seca de la pradera. Si bien la tendencia es clara y ascendente, aplicaciones de hasta 100 m3/ha no tienen diferencias significativas respecto del testigo, aunque se registra hasta 48% ma-yor producción en T3 respecto a T0. Los tratamientos T4 a T6 por su parte, se distinguen significativamente (p<0,05) del resto, con mayores producciones que van desde 88% a 130% más que T0. Lo anterior se logra en menos de cuatro meses desde la aplicación del lodo. Las producciones de materia seca del año 1 son menores a los años siguientes por abarcar un período de crecimiento más corto (diciembre a marzo), además de haber existido un verano seco en esa oportunidad. El primer año, la respuesta es prácticamente lineal hasta los 150-200 m3/ha, que significan un aporte de entre 17-25 kg/ha de N disponible y entre 48-69 kg/ha de P2O5.

Tratamiento Lodo equivalencia

m3/ha % MS t MS/ha kg P/ha kg N/ha kgP2O5/ha kg SFT*/ha kg urea/ha

Control 0 0 0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

T1 25,4 7,4 2,1 3,6 3,0 8,3 18,0 6,6

T2 51,2 7,4 4,3 7,2 6,0 16,6 36,1 13,3

T3 101,7 7,4 8,5 14,4 11,9 33,1 71,9 26,4

T4 144,3 7,4 12,4 21,1 17,4 48,3 104,9 38,6

T5 203,5 7,6 17,7 30,2 24,8 69,1 150,1 55,2

T6 383,7 7,6 34,5 58,6 48,3 134,2 291,8 107,3

*SFT superfosfato tripleCUADRO 6.1. Volúmenes reales aplicados, contenido de materia seca del lodo y sólidos totales

aportados según tratamientos experimentales. Nivel de nutrientes equivalentes aportados.

El segundo año, con una evaluación de enero, se aprecia que los tratamientos con aplicación de lodos se diferencian significativamente (p<0,05) del testigo (T0) desde aplicaciones de 50 m3/ha (T2), que presentan 37% más producción que T0. Sobre este volumen no hay diferen-cias significativas, aunque se aprecia hasta 62% más rendimiento al aplicar alrededor de 100 m3 lodo/ha (T3). Aplicaciones mayores no provocaron en promedio aumentos significativos de producción. En cuanto a los efectos que tuvo la re-aplicación de lodo, se aprecia que hubo efectos significativos (p<0,05). Aquellas parcelas que recibieron lodo el segundo año, produ-jeron en promedio casi 22% más, respecto a las que no tuvieron aplicación. Al tercer año, en el primer corte de diciembre (donde se ha producido la fracción principal del crecimiento de la temporada) se aprecia aún un efecto residual, sobre todo en las dosis más altas (T6;


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p<0,05). Este efecto se pierde, en promedio, hacia el final de la temporada. Aquellas parcelas que tuvieron re-aplicación de lodo el segundo año, en la tercera temporada tuvieron más producción solamente en el segundo corte.

Tratamiento Lodo (m3/ha) kg MS/ha

Lodo Año 1 Año 2 Año 3

17-03-2009 06-ene-10 02-dic-10 15-mar-11

T0 0 2.553 c 7.730 c 5.619 b 2.833 a

T1 25,4 2.713 c 9.089 bc 6.316 ab 2.867 a

T2 51,2 3.219 c 10.626 ab 5.990 ab 2.904 a

T3 101,7 3.781 bc 12.553 a 6.517 ab 2.567 a

T4 144,3 4.794 ab 10.595 ab 7.145 ab 2.860 a

T5 203,5 5.440 a 9.975 ab 7.688 ab 3.154 a

T6 383,7 5.883 a 9.797 ab 8.479 a 3.968 a

Reaplicación*:

NO 9.073 b 7.252 a 2.563 b

SI 11.031 a 6.392.a 3.481 a

* parcelas subdivididas con repetición de dosis en 2009Promedios con letras diferentes dentro de columnas presentan diferencias significativas (p<0,05)

CUADRO 6.2 Producción de materia seca promedio de una pradera sometida a diferentes niveles de lodo de piscicultura, con y sin reaplicación (año 2) y sus efectos residuales (año2 y año 3).

En la figura 6.1 se aprecia que la aplicación repetida de lodos el segundo año tiene efectos importantes hasta los 100 m3/ha, mientras que la curva de re-aplicación supera en todo momento a aquella de praderas sin re-aplicación (sólo efecto residual del año anterior). Por otra parte, los efectos residuales de uno o dos años tienen respuesta similar, en términos de que se observa aumento sostenido de producción, el que no siempre es estadísticamente significativo (p>0,05).


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FIGURA 6.1 Respuesta productiva de la pradera en función del nivel de lodo aplicado y efectos residuales observados.

En el cuadro 6.3 se observa que en la medida que se aumenta la dosis de lodo, la concen-tración de nitrato y amonio aumenta sustancialmente en el suelo, especialmente la de ni-trato, que prácticamente se sextuplica entre T0 y T6, mientras que la de amonio aumenta en un 56%. Todo ello al final de la primera temporada de crecimiento. El fósforo total del suelo también aumenta en un 12% en dosis bajas de lodo hasta un 36% en T6, respecto a T0, respectivamente. En cuanto al fósforo disponible (Olsen) se verifican aumentos al subir la dosis de lodo, desde 21 mg/kg en T0 hasta 40 mg/kg en T6 (lodo alto). No se observan variaciones en el contenido de materia orgánica del suelo ni en la capacidad de intercambio catiónico. El valor pH mantiene niveles similares entre los tratamientos.

NivelpH N-nitrato N-amonio P-total P-Olsen %MO CIC

mg/kg % mg/kg % cmol(+)/kg

Control (T0) 5,73 3,07 83,1 3,15 21,2 18,1 14,33

T2 5,76 4,58 90,8 3,53 26,2 17,3 14,59

T4 5,77 10,57 119,9 3,4 35,8 17,8 14,37

T6 5,66 17,91 130,3 4,29 40 19,5 14,84

CUADRO 6.3 Análisis de suelo al finalizar primera temporada de crecimiento. Valle Simpson.


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En una segunda temporada se observa un efecto residual del lodo, con mayor concentración de nitrato, fósforo total y P disponible en el suelo. El fósforo total y disponible aumenta fuertemente al aplicarse en forma repetida el lodo en las parcelas y probablemente puede sustentar el crecimiento vegetal sin aplicaciones de fertilizantes fosfatados adicionales. No hay efectos sobre el contenido de materia orgánica del suelo ni en la CIC medida. En las par-celas con aplicación repetida de lodo pareciera observarse alguna tendencia a disminución del valor de pH del suelo.

En otro sector de la pradera se realizó una aplicación de otoño con 114 m3/ha. Ello significó un aporte de alrededor de 20 kg de P2O5/ha y 8 kg de N disponible/ha. Con esta aplicación de otoño se observó un inicio más temprano del crecimiento de la pradera en la primavera siguiente, lo cual se notaba a simple vista (mayor cantidad de biomasa y color verde intenso) al compararla con la pradera vecina sin aplicación. En el mes de noviembre, la pradera con aplicación de otoño produjo casi 65% más que la testigo, llegando a casi 4.000 kg de MS/ha. Posteriormente, en febrero se aplicó una cantidad adicional de 100 m3/ha. En su conjunto, sin aplicación de lodo, la pradera produjo 6.150 kg/ha, con aplicación de verano solamente fue de 6.733 kg/ha (casi 10% diferencia); con aplicación de otoño solamente produjo 8.759 kg/ha (42 % más) y con doble aplicación 9.116 kg/ha (48% más). A pesar de posibles pér-didas de nutrientes por aplicación de otoño, en esta oportunidad se demostró una buena respuesta productiva.

En resumen, la utilización de lodo de piscicultura aplicado en cobertera (figura 6.2) sobre praderas artificiales de la zona Intermedia de Aysén permitió incrementar la producción de materia seca en forma rápida (dentro del mismo año), llegando a más que duplicar en algu-nos casos. Los niveles de lodo requeridos para obtener respuestas significativas en general fluctuaron entre 100-150 m3/ha, con lodos de alrededor de 7% de materia seca.

Se observan efectos residuales, especialmente con dosis más altas. Dosis crecientes de lodo producen aumentos sostenidos en los contenidos de nitrógeno y fósforo del suelo, lo que produce diferencias detectables en una segunda temporada (efecto residual). La reaplicación de lodo en una segunda temporada sobre el mismo suelo aumenta sostenidamente la con-centración de fósforo total y disponible, mientras que los niveles de nitrato son significativa-mente mayores. Es necesario observar posibles efectos sobre el pH del suelo con aplicaciones elevadas de lodo.

Otro aspecto a considerar es la eventual parcialización de la aplicación de dosis de lodo. En los casos analizados, implicó bajar la producción de biomasa de las praderas en una propor-ción menor, aunque debe evaluarse el efecto residual en una segunda temporada, sobre todo para ver los efectos de aplicaciones tardías sobre el inicio del crecimiento en la primavera siguiente. Hay un efecto importante de la parcialización de las dosis de lodo sobre la compo-sición de la pradera, en el sentido de que aplicaciones graduales afectan menos la población de leguminosas de la pradera mixta, probablemente al no saturar de nitrógeno el suelo.


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FIGURA 6.2 Aplicación de lodo de piscicultura en cobertera sobre praderas de Aysén

También se realizaron pruebas para evaluar efectos sobre la germinación de algunas plantas forrajeras. De acuerdo a los resultados obtenidos, en la aplicación de lodo en suelos de la zona intermedia se esperaría una menor germinación, tanto en ballica perenne, como en alfalfa. Sin embargo, las plantas establecidas tienden a compensar la menor población ini-cial. De esta forma, el desarrollo posterior compensa con creces esta situación y finalmente se expresa en mayor biomasa total presente. En la ballica perenne, el proceso de macollaje compensa la población de plantas y en alfalfa se aprecian plantas con mayor crecimiento y altura, en tratamientos con lodo de piscicultura. Se observan aumentos significativos de nitrógeno total y nitratos en los tejidos de ballica y alfalfa, especialmente a nivel de fracción aérea, lo que sin embargo no ofrece riesgos para la salud animal en los niveles utilizados.

APLICACIÓN DE LODO EN TERRENOS DE CULTIVO

Además del uso de lodos de piscicultura en praderas, es interesante evaluar su potencial uso en suelos de mayor intensidad de uso, con cultivos y praderas especializadas, como la alfalfa.

En terreno se estudiaron franjas con aplicación sucesiva de sobrenadantes de una laguna de sedimentación, los que fueron aplicados mediante aspersión (Figura 6.3), comparando con situaciones sin aplicación.

Por ejemplo, en el caso de alfalfa, la aplicación repetida de sobrenadante significó un 50% de mayor rendimiento (pasar de 5,6 t MS/ha a 8,4 t/ha), observándose el efecto en ambos cortes (febrero y mayo). En brassicas forrajeras (nabo forrajero variedad Green Globe, ruta-


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baga vriedad Dominion y raps), la respuesta fue positiva y fluctuó entre 54% hasta 120% de mayor rendimiento. En nabo forrajero se aumentó desde 8,1 a 12,5 t MS/ha; en rutabaga de 6,7 a 14,8 t MS/ha; y en raps forrajero varió desde 6,3 a 11,7 t MS/ha, entre aquellas franjas con y sin aplicación de aspersión de sobrenadantes, respectivamente. Estos sobrenadantes procedían de una laguna de estabilización de lodo de piscicultura y correspondían a la frac-ción líquida.

También se realizaron experimentos controlados, con aplicación de lodos en macetas. Allí se determinó que la aplicación de lodos de piscicultura aumentó significativamente la pro-ducción de biomasa en plantas de lechuga, hasta niveles de aplicación equivalentes a 100 m3/ha (L100) y que niveles más altos o excesivos producían disminución de la producción. Con los niveles más extremos incluso se vio afectado el desarrollo de la planta, lo que provocó su muerte. Ello ocurrió especialmente con las aplicaciones en cobertera, las que siempre pre-sentaron menos respuesta que aquella con incorporación en el suelo. Se observaron mejores resultados en suelos de las zonas Intermedia y esteparia.

FIGURA 6.3. Riego de sobrenadantes de laguna de sedimentación mediante sistemas de aspersión.

Para plantas de remolacha, se observaron respuestas positivas en producción de biomasa hasta las dosis más altas aplicadas, mientras que también se vio mejor resultado con apli-caciones incorporadas en el suelo. También se verificó mejor respuesta en suelos de la zona intermedia y la de estepa, comparado con el suelo de la zona húmeda. La mayor acidez de este último suelo puede ser una de las causas de la menor respuesta vegetal observada. En una determinación de suelo se observó cierta tendencia a la acidificación con dosis más altas de lodo, lo que requiere ser monitoreado y puede tener relación con los procesos de nitrificación aumentados.


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Christian Hepp, Felipe Vidal, Adriana Carvajal, Marta Alfaro, María Paz Martínez, Pier Barattini y Viola Saldivia

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CAPITULO 7

EVALUACIÓN DE LIXIVIADOS PRODUCTO DE LA APLICACIÓN DE LODOS DE PISCICULTURA EN SUELOS AGROPECUARIOS DE AYSÉN


Como se ha visto en capítulos anteriores, el lodo de piscicultura, además de tener un alto contenido de humedad, aporta nutrientes como fósforo y nitrógeno. Parte de estos nutrien-tes se encuentran en forma soluble y algunos de ellos tienen bastante movilidad en el perfil de suelo. Es el caso, por ejemplo, del nitrógeno nítrico (nitrato). Este compuesto se señala habitualmente como uno de los posibles contaminantes de napas de agua subterránea, por lo que es importante estudiar su comportamiento en los suelos regionales, frente a aplicaciones eventuales de lodos al suelo. Ello para evaluar a futuro la cantidad de lodo que se puede apli-car (dosis) y cómo se comporta éste en el perfil del suelo, afectando por ejemplo la pérdida de nutrientes en profundidad a través del fenómeno de lixiviación.

Igualmente, es importante conocer la respuesta de lixiviación en diferentes suelos y bajo regímenes de precipitación diferenciados. Para ello se determinó el efecto de la aplicación de lodos en diferentes dosis sobre la composición de los lixiviados (agua y solutos que percolan en profundidad); y así definir la interacción con dos niveles pluviométricos y dos suelos diferentes.

Capítulo 7: Evaluación de lixiviados producto de la aplicación de lodos de piscicultura en suelos agropecuarios de Aysén

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MEDICIONES CON LISÍMETROS

La lixiviación de suelos se puede medir a través de la construcción de lisímetros, que en este caso son cilindros que contienen una columna de suelo inalterado, el que se obtiene directamente del terreno. Para los efectos del estudio se utilizaron dos sitios de colección de suelo: Valle Simpson, correspondiendo a la zona intermedia de Aysén; y el sector de Puerto Chacabuco (zona húmeda). En ambos casos se trata de Andisoles (Hapludand y Fulvudand, respectivamente). Los lisímetros se prepararon en tubos de PVC hidráulico de 20 cm de diámetro (C-6) y de 60 cm de longitud (profundidad). Bajo los lisímetros, montados en una estructura, se tenía un embudo que recibía el lixiviado y conectaba con una botella plástica que acumulaba el líquido. Desde esta botella se colectaban las muestras para análisis.

FIGURA 7.1. Lisimetros instalados en su unidad.


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En cada tipo de suelo se usaron tres cargas de lodos: L0 (sin lodo); L1 ( 100 m3 de lodo fresco/ha); y L2 (200 m3 lodo fresco/ha). Las cargas de lodo estuvieron sometidas a dos regí-menes pluviométricos simulados (normal: pp1= pp normal promedio entre dic-marzo para cada zona) o excesivo (pp2= el doble del anterior).

FIGURA 7.2. Dosificación del lodo para ser aplicado en lisímetros, según tratamiento.

FIGURA 7.3. Aplicación de lodos en los lisímetros.


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Los experimentos tuvieron una duración de tres meses, en que se realizó la fase de obtención de lixiviados. Una vez concluida dicha fase experimental, los lisímetros fueron mantenidos por una temporada de crecimiento, en la que se realizaron cortes periódicos. Finalmente, en el otoño siguiente se procedió al desarme de los lisímetros para análisis de suelos.

El lodo aplicado en los experimentos (en las dosis indicadas) fue extraído del decantador de una piscicultura de paso de la zona y tenía un contenido promedio de sólidos totales de 84,8 mg/l, un 8,6% de materia seca (105°C), un pH de 6,19 y una DQO de 24.450 mg O2/l. El lodo, previamente homogenizado mediante agitación (Figura 7.2), se midió en probetas y se aplicó uniformemente sobre la superficie de cada lisímetro (Figura 7.3 y 7.4).

Tipo suelo pp (mm) aplicado Lodo

evaporación compensada

(mm)Lixiviación (mm)

Balance aprovechable

(mm)

ZonaHúmeda

665

Lo 236 670 231

L1 236 602 299

L2 236 650 251

1330

Lo 236 1.324 242

L1 236 1.222 344

L2 236 1.184 382

ZonaIntermedia

275

Lo 236 291 220

L1 236 213 298

L2 236 178 332

550

Lo 236 542 243

L1 236 473 312

L2 236 405 380

CUADRO 7.1 Nivel de precipitación aplicado (pp), evaporación, lixiviación y balance aprovechable de agua en dos suelos volcánicos de Aysén, con tres niveles de lodos de piscicultura aplicados y dos

regímenes pluviométricos (normal y excesivo).

Las tasas de riego semanal (según nivel pluviométrico) se aplicaron en tres parcialidades, mediante probetas. El nivel de pluviometría “normal (pp1)” un total de 240 mm de preci-pitación, mientras que el “excesivo (pp2)” tuvo 480 mm de precipitación en el período de tres meses indicado. Durante el período experimental (12 semanas), en queda un balance de agua aprovechable entre 220-332 mm en el caso del régimen pluviométrico bajo y de


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243-380 mm, para el régimen pluviométrico alto. El balance aprovechable tiende a ser más elevado en regímenes de mayor precipitación y en los tratamientos con lodos, situación que se repite con ambos regímenes de lluvia. La lixiviación también tendió a ser mayor en aque-llos lisímetros sin aplicación de lodos (CUADRO 7.1).

FIGURA 7.4. Lisímetro con lodo aplicado en cobertera.

RESULTADOS DE LIXIVIACIÓN

En los experimentos se muestrearon los lixiviados semanalmente durante 12 semanas y se analizaron para determinar cationes (amonio, calcio, potasio, sodio, magnesio), y aniones (nitrato, nitrito, fosfato, sulfato, cloruro). En cada lisímetro se cortó periódicamente la bio-masa para medir el material vegetal acumulado y su composición de especies.

Suelo zona húmeda:El cuadro 7.2 muestra las concentraciones de diferentes iones contenidos en los lixiviados del suelo de la zona húmeda. Se aprecia que con la dosis de lodo L1 (más baja, de 100 m3/ha) la concentración de nitrato en el lixiviado, con respecto al suelo testigo (L0), es menor en re-lación a la que se observa con el nivel L2 (200 m3 lodo/ha). En L2 se producen mayores con-centraciones para todos los iones analizados en el lixiviado. En cuanto a las bases del suelo (calcio, magnesio, sodio, potasio), se observa un aumento de más de tres veces en los niveles


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de ellas en los lixiviados, y hasta seis veces en la última, al aplicarse niveles elevados de lodos (L2). En la dosis más baja se observa incluso una disminución en las pérdidas vía lixiviación para esas mismas variables. Lo anterior ocurre independiente del nivel de precipitación.

L0 pp1 L1 pp1 L2 pp1 L0 pp2 L1 pp2 L2 pp2 pp1 pp2 L0 L1 L2 Gral

mg/l mg/l mg/l mg/l

NO3= 0,10 0,15 12,34 0,09 0,17 14,19 4,50 4,83 0,09 0,16 13,27 4,62

SO4= 0,46 0,44 1,25 0,84 0,24 0,75 0,73 0,61 0,60 0,34 1,00 0,67

Cl- 1,56 0,20 3,65 0,39 0,38 4,31 1,84 1,69 0,97 0,29 3,98 1,76

Ca++ 1,59 0,22 3,51 0,45 0,33 3,76 1,81 1,51 1,01 0,27 3,63 1,65

Mg++ 1,67 0,19 3,62 0,46 0,32 3,57 1,87 1,45 1,06 0,26 3,60 1,65

Na+ 1,80 0,20 3,69 0,48 0,31 3,58 1,94 1,46 1,13 0,25 3,64 1,69

K+ 0,99 0,21 4,08 0,34 0,29 3,88 1,81 1,51 0,66 0,25 3,98 1,65

CUADRO 7.2. Concentración de cationes y aniones en lixiviados de un suelo de la zona húmeda de Aysén, sometido a diferentes niveles de de lodo de piscicultura (L0, L1, L2), bajo dos regímenes de

precipitación (pp1:normal y pp2:excesivo).

Al duplicarse la dosis de lodo aplicado (de L1 a L2), se produce un aumento de la lixiviación de nitrato, desde valores cercanos a cero hasta sobre 13 mg/l, en promedio. A pesar de este aumento, lo anterior implica superar levemente la norma máxima para agua potable (en tér-minos de nitrato) de 10 mg/l. El aumento de lixiviación de nitrato está asociado a la mayor dosis de lodo y ocurre en ambos regímenes de precipitación en este suelo. No se apreciaron niveles detectables de amonio (<0,49 mg/l) ni nitrito (<0,09 mg/l) en los lixiviados. Las con-centraciones de sulfato y cloruro observadas son bajas, alejadas de los valores normados de 250 mg/l en sulfatos y 200 mg/l en cloruros, aunque tienden a aumentar en aplicaciones de lodo más altas.

En la figura 7.5 se aprecia que, habiéndose aplicado la carga de lodo el 2 de febrero, en los tra-tamientos sin lodo (L0) y con carga media de lodo (L1), prácticamente no hay detección de nitratos y ciertamente no hay diferencias entre ellos. Ya a partir del 9 de febrero se empieza a detectar nitrato en el lixiviado de los suelos con aplicación alta de lodo (L2).


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FIGURA 7.5. Variación temporal de la concentración de nitrato en lixiviados de un suelo de la Zona Húmeda de Aysén, sometido a diferentes niveles de aplicación de lodo de piscicultura (L0, L1, L2),

bajo dos regímenes de precipitación (pp1:normal y pp2:excesivo).

Esta respuesta se expresa con un aumento de lixiviación que tiende a ocurrir antes con alto régimen de pluviometría y con una respuesta más bien exponencial en su primera fase. Lue-go va declinando con tasas marginales decrecientes. Con el régimen de precipitación menor, el aumento es algo más retardado, aunque igualmente significativo. La lixiviación de nitrato aumenta sostenidamente en L2 hasta alrededor de un mes post aplicación, en el caso de pre-cipitaciones excesivas y dos meses bajo un régimen de precipitaciones normales. En el caso de L2, con régimen pluviométrico excesivo, se alcanzan más rápidamente concentraciones que superan los 15 mg nitrato/l y se estabiliza luego por alrededor de un mes en niveles le-vemente superiores a 30 mg/l, para decaer posteriormente. En L2 sometido a precipitación normal, la respuesta es más lenta pero sostenida y alcanza un máximo cercano a 45 mg/l, para luego iniciar una declinación igualmente rápida hacia la fase final del experimento. De esta forma, las aplicaciones de lodo hasta niveles de 100 m3/ha no tuvieron efectos en aumentar la concentración de nitratos en lixiviados, incluso con precipitaciones excesivas (doble de lo normal). Duplicar la dosis hasta 200 m3/ha aumenta la lixiviación de nitratos en estos suelos de la zona húmeda, con ambos regímenes de precipitación, generando un pulso de nitrato, que tiende a declinar posteriormente. A nivel de 60 cm de profundidad se llegó a colectar cerca de 45 mg de nitrato/l en los lixiviados. En la Unión Europea, se consideran zonas vulnerables para efectos de aplicación de nitrógeno, aquellas que tienen contenidos de sobre 50 mg/l en los cursos de agua.


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FIGURA 6. Lisímetros con praderas en crecimiento. Efectos de dosis de lodos.

Suelo zona intermedia:El cuadro 7.3 muestra resultados de concentración de iones en lixiviados analizados en el suelo de la zona intermedia (Valle Simpson). La concentración de nitrato y la mayoría de los demás iones en los lixiviados de este suelo con lodo (L1 y L2) son comparables a aquellos del suelo testigo (L0). En la concentración de las bases del suelo, se observan algunas diferencias en el mismo cuadro. La lixiviación de calcio, magnesio y sodio, tiende a declinar en los sue-los con mayor aplicación de lodo, mientras que parece no haber efecto debido a la cantidad de precipitación.

L0 pp1 L1 pp1 L2 pp1 L0 pp2 L1

pp2 L2 pp2 pp1 pp2 L0 L1 L2 Gral

mg/l mg/l mg/l mg/l

NO3= 0,14 0,10 0,10 0,10 0,11 0,21 0,11 0,14 0,11 0,10 0,14 0,13SO4= 0,23 0,14 0,17 0,13 0,18 0,16 0,18 0,16 0,17 0,16 0,15 0,17Cl- 0,14 0,69 0,12 0,13 0,13 0,22 0,32 0,16 0,12 0,41 0,16 0,24Ca++ 21,55 12,39 13,10 19,99 18,38 14,93 15,96 17,77 20,77 15,39 12,61 16,84Mg++ 5,57 3,80 4,61 5,04 5,62 4,50 4,63 5,05 5,31 4,71 4,06 4,86Na+ 1,50 1,86 1,90 2,01 1,38 1,58 1,77 1,65 1,76 1,62 1,54 1,70K+ 0,35 0,37 0,26 0,31 0,47 0,61 0,35 0,46 0,33 0,42 0,41 0,41

CUADRO 7.3. Concentración de iones en lixiviados de un suelo de la zona Intermedia de Aysén, sometido a diferentes niveles de aplicación de lodo de piscicultura (L0, L1, L2), bajo dos regímenes

de precipitación (pp1:normal y pp2:excesivo).


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EFECTOS SOBRE LA BIOMASA

En el total de biomasa producida durante el período de medición (12 semanas), el nivel L1 superó en 131% y L2 en 144% a L0 (sin lodo; p<0,05). En general, se verificó que el nivel de precipitación mayor tendió a favorecer mayores producciones de biomasa, ya que la produc-ción total fue 17% mayor (p<0,05) en éste, respecto del nivel “normal”.

Durante la siguiente temporada de crecimiento (octubre a marzo), se evaluó el crecimiento vegetal en los lisímetros, sin que se haya aplicado nuevas cargas de lodos. En el suelo de la zona húmeda, se observó que en todos los casos los lisímetros que tuvieron mayor carga de lodo en la temporada anterior (L2) tuvieron mayor producción de biomasa, mientras que la dosis menor (L1) no se diferenció significativamente (p>0,05) del testigo (L0). No obstante, en todos los casos se observa la tendencia de L2>L1>L0. En producción total, L1 rindió casi 49% más que L0 (p>0,05), mientras que L2 superó en 195% a L0 (p<0,05) y en 31% a L1 (p>0,05). Es decir, existe efecto residual de la aplicación de lodo, especialmente con la utilización de dosis más elevadas. En ambas zonas, el componente más significativo de sus praderas eran las gramíneas, que alcanzaron más de 70% del total de composición botánica en el nivel L0. Las gramíneas aumentaron, producto de la aplicación de lodo de piscicultura, y llegaron a dominar sobre el 95% de la composición de la pradera. Lo anterior ocurrió en desmedro de otras especies, como el caso de malezas o hierbas de hoja ancha y de la casi desaparición de las leguminosas (especialmente trébol blanco). Es decir, la aplicación de lodo produce cambios estructurales en las praderas tratadas.

En los lisímetros con suelo y pradera de la zona intermedia, ya en la primera fecha de corte se aprecia efecto significativo (p<0,05) de la aplicación de lodo de piscicultura sobre la bio-masa producida. En la producción total de biomasa del período experimental (12 semanas), el nivel L2 superó a L1 en 38%, y a L0 en un 164% (p<0,05). Los niveles de precipitación no tuvieron efectos diferenciables sobre la producción de biomasa parcial o total (p>0,05). Res-pecto del efecto residual, en el suelo de la zona intermedia también se observa la tendencia a una mayor producción de biomasa en aquellos lisímetros que recibieron la dosis más alta (L2) en la temporada anterior. En términos globales, aunque L1 rindió casi 33% que L0 en biomasa, no alcanzó significancia estadística (p>0,05). Sin embargo, L2 superó significativa-mente a L0 en 104% y a L1 en 54%.

De manera similar a lo observado en la zona húmeda, en los lisímetros con suelo de la zona intermedia, la aplicación de lodo de piscicultura incrementó la cantidad proporcional de gramíneas en la composición botánica de la pradera, con descenso relativo en la presencia de leguminosas (que tienden a desaparecer) y de especies de hoja ancha o hierbas (malezas).


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EFECTOS SOBRE EL SUELO

Luego de dos temporadas, una vez desarmados los lisímetros y analizados los suelos, en el aquel de la zona húmeda, se observa que a nivel superficial (0-10 cm), la concentración de nitrato es notablemente mayor en L2, respecto de L1 y L0. Con altos niveles de lodo aplicado, el suelo superficial presenta, incluso luego de dos años, niveles significativos de nitratos, lo que podría indicar una reserva importante de nitrógeno, que se aporta vía mineralización de formas orgánicas. En el mismo nivel superficial, el fósforo disponible (Olsen) es muy superior en los tratamientos con aporte de lodo, lo que es significativo luego de dos tempo-radas post aplicación. Ni el valor de pH, ni el contenido de materia orgánica de este suelo ha sufrido cambios significativos (cuadro 7.4).

Lodo Pp N-NO3 %N P Olsen pH Materia Orgánica

0-10 cm mg/kg mg/kg % %

L0 pp1 0,46 1,13 6,8 5,44 20,2

L1 pp1 7,82 22 5,57 21,0

L2 pp1 45,7 1,36 44,6 5,45 20,4

L0 pp2 2,30 1,23 9,4 5,49 21,9

L1 pp2 2,39 24,6 5,58 23,0

L2 pp2 63,0 1,09 36,8 5,42 20,3

50-60 cm

L0 pp1 1,01 0,22 1,2 6,19 4,4

L1 pp1 1,12 0,8 6,02 4,1

L2 pp1 7,61 0,33 1,6 5,95 5,5

L0 pp2 0,49 0,22 2,6 6,07 2,8

L1 pp2 0,89 0,8 6,03 5,4

L2 pp2 6,84 0,23 1,8 6,11 2,7CUADRO 7.4. Análisis final del suelo en lisímetros, con diferentes tratamientos de lodo y régimen

pluviométrico, a dos profundidades: superficial (0-10cm) y profundo (50-60 cm). Suelo zona húmeda.

En el mismo cuadro 7.4, se aprecia que en el nivel más profundo (50-60 cm), el suelo L0 y L1 tienden a ser más parecidos, mientras aún persisten diferencias con L2, en el sentido que éste tiene mayores niveles (6-7 veces y más) de concentración de nitrato que L1 y L0. Las concentraciones de fósforo disponible son bajos en todos los casos, al ser éste un elemento muy poco móvil. El pH es menos ácido y los contenidos de materia orgánica notablemente más bajos, como es de esperar a esta profundidad.


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El cuadro 7.5 se refiere a los lisímetros con suelo de la zona intermedia de Aysén. A nivel superficial se observan diferencias en la concentración de nitrato mayor en L2 y L1 respecto a L0. El fósforo disponible a este nivel superficial luego de dos temporadas post aplicación sigue siendo mayor en los tratamientos con lodo, mientras que los valores de pH se han mantenido relativamente inalterados. En este caso, a nivel superficial se parece observar un cierto aumento en contenido de materia orgánica del suelo al aplicar lodo.

Lodo pp N-NO3 %N P Olsen pH Materia orgánica

0-10 cm mg/kg mg/kg

L0 pp1 5,37 1,03 31,8 5,97 15

L1 pp1 14,4 42,8 5,96 17,2

L2 pp1 16,2 0,92 53,6 5,98 16,9

L0 pp2 4,19 0,78 50,6 5,94 16,7

L1 pp2 8,94 54,8 6,00 18,1

L2 pp2 10,9 0,95 59,6 5,97 22,1

50-60 cm

L0 pp1 0,49 0,4 1,4 6,55 7,8

L1 pp1 0,39 1,6 6,51 7,5

L2 pp1 0,57 0,4 1,8 6,51 5,9

L0 pp2 0,39 0,37 1,4 6,57 6,65

L1 pp2 0,30 1,0 6,54 7

L2 pp2 0,54 0,39 1,6 6,46 6,5

CUADRO 7.5 Análisis final del suelo en lisímetros, con diferentes tratamientos de lodo y régimen pluviométrico, a dos profundidades: superficial (0-10cm) y profundo (50-60 cm). Suelo zona

intermedia.

A mayor profundidad (50-60 cm), las concentraciones de nitrato es notablemente inferiore a las de la superficie. SE observa una tendencia a mayores niveles en L2 respecto a L1 y L0. Los niveles de fósforo disponible son muy bajos y el pH se ha mantenido prácticamente inaltera-do en valores cercanos a 6,5. No se observan diferencias notorias en cuanto al contenido de materia orgánica del suelo a este nivel.


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CONCLUSIONES

A través del trabajo desarrollado con lisímetros, en dos tipos de suelos de origen volcánico de la región de Aysén, se ha podido determinar que la lixiviación sólo fue un factor signi-ficativo en condiciones de precipitación extrema (el doble de lo normal) y solamente en el suelo de la zona húmeda, no así en la zona intermedia. Es decir, aplicaciones de hasta 200 m3 de lodo de piscicultura sobre suelos de la zona intermedia no provocaron lixiviación de nitratos, nitritos ni amonio, ni tampoco de otros cationes o aniones analizados.

En condiciones de precipitación extrema (el doble de lo considerado “normal”, en la zona húmeda, se midió una aumento significativo de nitratos a nivel de 60 cm del suelo, que al-canzó un máximo aproximadamente luego de un mes de aplicado el lodo, para luego decaer.

Por otra parte, la aplicación de lodo provocó aumentos en la producción de biomasa (has-ta entre duplicar y triplicar), efecto que se mantenía hacia la segunda temporada (efecto residual), especialmente con los niveles más altos de aplicación de lodo. Al aplicar lodo, se verifica también una disminución del grupo de leguminosas y un aumento sostenido de las gramíneas en la composición botánica de las praderas. Luego de dos temporadas (post-aplicación de lodo), en los suelos con niveles mayores de aplicación de lodo se observan aún mayores niveles de nitrato y amonio, es decir de nitró-geno disponible, lo que indica que hay efectos residuales de gran importancia agronómica. También se aprecian mayores niveles de fósforo disponible, lo que constituye una reserva importante para temporadas posteriores.

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CAPITULO 8

ANTIBIÓTICOS EN ACUICULTURA

Pier Barattini

GENERALIDADES

Los antibióticos son compuestos de origen microbiano que matan o inhiben el crecimiento de otros microorganismos. Estos pueden ser sintetizados, creándose una gran variedad de compuestos con distintos métodos de acción, especificidad y toxicidad. En animales, los antimicrobianos son utilizados para el tratamiento o prevención de enfermedades, así como también para promover el crecimiento, en algunos casos. Su elevado uso, sumado a una pobre absorción de estos medicamentos por parte del animal, ha causado que lleguen tanto al medio acuático como al terrestre.

El riesgo ambiental que potencialmente se produce por antibióticos puede tener varios efectos, siendo el más importante la generación de resistencia, en especial en organismos patógenos para el ser humano. El uso de estos químicos favorece la selección de bacterias resistentes y promueve la diseminación de los genes de resistencia, que pudiera eventual-mente traspasar nichos ecológicos hasta llegar al ambiente humano. En el caso de este pro-yecto interesa también particularmente evaluar posibles efectos sobre la biota del suelo. Es por esto que la aplicación de antibióticos tanto en medio acuático como terrestre debe ser regulada, ya que implica un riesgo potencial en la salud humana y ecosistémica, y que debe ser estudiado.

En la industria acuícola, como en cualquier sistema ganadero (sistemas lecheros, de carne bovina, cerdos, aves, etc.), se utilizan comúnmente antibióticos, los que según su naturaleza, pueden eliminarse rápidamente o permanecer activos por tiempos prolongados. Para mu-

Capítulo 8: Antibióticos en acuicultura

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chos antibióticos, el lodo producido como desecho puede generar un ambiente más propicio para la permanencia de éstos que el agua. Los lodos además tienen una alta carga bacteriana, lo que facilitaría la eventual selección de organismos resistentes. Es decir, el eventual uso de antibióticos es un tema presente en todos los sistemas productivos que incluyen animales, ya sean terrestres o acuáticos.

ANTIBIÓTICOS Y ACUICULTURA EN CHILE

Chile es uno de los mayores actores en acuicultura en el mundo. En la industria acuícola existe uso de varios antibióticos, y está ligado a la necesidad de prevenir (uso profiláctico) y controlar la incidencia de patógenos que afectan los sistemas de cultivo, tal como Pisciric-kettsia salmonis.

Según Sernapesca, los antibióticos autorizados para su uso en el país son el ácido oxolínico, amoxicilina, eritromicina, flumequina, florfenicol y oxitetraciclina. De éstos, los más utiliza-dos son el florfenicol y la oxitetraciclina, que corresponden a un 54 y 43%, respectivamente. El uso de fluoroquinolonas se ha ido desincentivando para prevenir la posible selección de resistencia en microorganismos, ya que es un antimicrobiano de última generación y de amplio uso en medicina humana; esto se ve reflejado en el abrupto descenso en el consumo de flumequina y ácido oxolínico a partir del año 2009, con valores que rondan el 1% (figura 8.1). Los datos disponibles no dan cuenta de qué cantidad de estos antibióticos se consumen en la etapa de agua dulce y en la de agua de mar.

FIGURA 8.1 Porcentaje de antibióticos utilizados en la salmonicultura en Chile para el período 2005-2012 (Fuente: Sernapesca)

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CARACTERÍSTICAS DE LOS ANTIBIÓTICOS

Ácido oxolínico y flumequina:El ácido oxolínico pertenece al grupo de las quinolonas, actuando sobre bacterias gram-negativas. Posteriormente se les agregó un átomo de flúor, surgiendo las fluoroquinolonas, grupo al que pertenece la flumequina. Estas últimas tienen un mayor espectro de acción, ya que afectan tanto gram-negativas como gram-positivas. Además tienen una mayor liposo-lubilidad, distribuyéndose ampliamente en el organismo. Su vía de administración es oral y parenteral.

Amoxicilina:Es un antibacteriano sistémico perteneciente al grupo de los β-lactámicos, cuyos blancos son las enzimas que sintetizan la pared celular de las bacterias. La amoxicilina es un derivado semi-sintético de la ampicilina, en el cual se ha introducido un grupo hidroxilo parafenólico en la porción fenil de la cadena lateral. Esto ajusta el punto isoeléctrico del antibiótico a un valor más acídico, lo que mejora su absorción. Como es un ácido orgánico débil hidrosolu-ble, no atraviesa las membranas biológicas con facilidad, impidiendo su amplia distribución en el organismo.

Su espectro de actividad incluye bacterias gram-positivas y gram-negativas. Pueden ser de primera línea de elección en procesos infecciosos donde la bacteria patógena tiene una loca-lización extracelular, como ocurre en la mayoría de las infecciones. La vía de administración en los salmones es preferentemente oral, pero también se puede administrar vía parenteral, con una biodisponibilidad cercana al 100%.Eritromicina

Pertenece a la familia de los macrólidos. Inhibe la síntesis proteica al unirse reversiblemen-te a la unidad 50s del ribosoma bacteriano. Es usualmente bacteriostático, excepto a altas concentraciones, donde puede ser bacteriolítico, siendo más activo contra bacterias gram-positivas. Se absorbe a nivel del intestino, para luego distribuirse rápidamente en el líquido intracelular, alcanzando actividad antibacteriana en casi todo el organismo.

Se utiliza normalmente para controlar la renibacteriosis (BKD) y otras bacterias que sean sensibles a este fármaco. El modo de administración es principalmente por vía oral, aunque esto disminuye su disponibilidad.

Florfenicol:Es un antibiótico perteneciente a la familia de los fenicoles, derivado del tianfenicol. Es un compuesto neutro, liposoluble, que atraviesa fácilmente las barreras celulares y es capaz de difundirse rápidamente por todo el organismo. Está catalogado como un antibiótico de am-plio espectro, usado contra bacterias gram-positivas, gram-negativas y rickettsias.


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El mecanismo de acción de la molécula se traduce en el bloqueo de la formación de proteí-nas por acción directa sobre los ribosomas. La consecuencia para la bacteria sensible es la inhibición de su multiplicación, por lo que el efecto es bacteriostático (no mata a la bacteria).

El florfenicol tiene una alta afinidad por moléculas lipídicas, lo que permite que se almacene con facilidad en los músculos de los salmónidos. Además, es de muy rápida eliminación en los tejidos, teniendo tiempos de eliminación más cortos que otros antibióticos utilizados en acuicultura (Entre 200 y 300 grados día). Su vía de administración en los salmones es prefe-rentemente oral. También se puede administrar vía parenteral (atravesando una o más capas de la piel o de las membranas mucosas mediante una inyección).

Oxitretraciclina (OTC):Pertenece al grupo de las tetraciclinas. Es moderadamente lipofílica, pero lo suficiente como para atravesar fácilmente las diferentes barreras celulares, distribuyéndose en todo el orga-nismo. Es uno de los grupos de antibióticos de elección en el tratamiento de infecciones cau-sadas por patógenos intracelulares como rickettsias. Debido a su amplio espectro de acción, también pueden utilizarse en otro tipo de infecciones bacterianas como flavobacteriosis.

La vía de administración de OTC en los salmones es preferentemente oral. La presencia de cationes divalentes como Ca+2, Mg+2 o Fe+2 en los alimentos disminuye la absorción de estos fármacos, debido al efecto quelante de estos iones, alterando a la vez la biodisponibilidad. También se pueden administrar por vía parenteral.

EFECTOS DEL USO DE ANTIBIÓTICOS EN EL AMBIENTE

La principal vía de aplicación de antibióticos es a través del alimento, y la absorción del fár-maco por parte del pez varía en gran medida según el tipo de antibiótico utilizado. Antibióti-cos como los fenicoles tienen un porcentaje de absorción mayor al 90%, siendo una cantidad muy baja la que es excretada a través de las heces. Otros, sin embargo, tienen porcentajes de absorción muy bajos en el intestino del pez, aumentando su presencia en el medio acuático, como es el caso de la oxitetraciclina. Estos valores van a depender de la biodisponibilidad de los antibióticos en el pez, la que puede verse influenciada por el medio donde se encuentre.

Los antibióticos excretados por el pez y en el alimento medicado no consumido, son in-corporados al agua y/o al fondo del estanque de cultivo. En los procesos de limpieza, parte de estos antibióticos podrían quedar en los lodos, con una actividad antimicrobiana que es necesario evaluar. En el supuesto caso de existir antibióticos en los lodos de piscicultura y de definirse su uso en agricultura, es necesario estudiar su potencial efecto sobre el suelo. Fenó-menos ambientales como lluvias y variaciones de temperatura, al igual que el tipo de suelo, pueden hacer variar enormemente el tiempo de permanencia de eventuales antibióticos en el lodo, pudiendo ser de días, semanas, e incluso meses.

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En el caso de determinarse presencia de antibióticos en lodos que se apliquen al suelo, po-dría haber incidencia ien el crecimiento y desarrollo de la vegetación, siendo los efectos variables según la planta. También podrían causarse cambios en la biodiversidad bacteriana, alterando la composición y diversidad de las comunidades del suelo y, lo que es más impor-tante, perjudicar a bacterias que cumplen un rol importante en los ciclos bioquímicos del suelo, como la fijación de nitrógeno, afectando de manera indirecta a las plantas. En el hipo-tético caso de existir antibióticos en lodos que se vayan a usar en suelos, también estaría el eventual riesgo de que éstos ejerzan presión para la selección de ciertos genes de resistencia, los que eventualmente pudieren ser traspasados a bacterias patógenas.

La presencia o no de antibióticos en los lodos de piscicultura está muy poco estudiado y se hace evidente la necesidad de rastrear estos fármacos con el fin de determinar el potencial impacto que pudieran ocasionar. Factores como las concentraciones que llegarían al suelo, el tiempo de permanencia, el grado de degradación, debieran estudiarse antes de realizar cualquier tipo de aplicación.

ANÁLISIS DE RESIDUOS DE ANTIBIÓTICOS EN LODOS

El análisis químico de antibióticos desde diferentes matrices es complejo debido a la necesi-dad de realizar una extracción previa. Los antibióticos consisten normalmente de un centro apolar y uno o más grupos funcionales, los que se disocian o protonan dependiendo del pH del medio. Agentes extractantes apolares o muy polares pueden llevar a una extracción incompleta, por lo que en general se ocupan buffers levemente ácidos en combinación a solventes orgánicos. La limpieza de las muestras se realiza utilizando filtros de 0,45 ó 0,2 µm, o mediante extracción en fase sólida.

Actualmente, la cromatografía líquida de alta eficiencia en combinación con un detector UV (HPLC-UV), o cromatografía líquida con espectrometría de masas (LC-MS/MS) son los métodos de detección más utilizados por su gran sensibilidad. El INIA en Aysén está desa-rrollando y adaptando metodologías para la detección de antibióticos en diferentes matrices, centrándose en los dos antibióticos más utilizados en la industria, que son oxitetraciclina y florfenicol.

Existen antecedentes que indicarían que el uso de antibióticos es mucho más relevante en la fase marina (engorda de peces) y que su uso en pisciculturas sería menor. Ello debe ser cotejado en base a la analítica propuesta.

A través de estas metodologías, se han estado analizando muestras de lodo procedentes de pisciculturas de la zona y con la aplicación de estos protocolos no se ha detectado la pre-sencia de antibiótico. Para comprobar la efectividad del método, se contaminaron inóculos


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de la muestra con distintas concentraciones de florfenicol (entre 6,0 y 0,012 ppm). El nivel de concentración más bajo (0,012 ppm ó 12 ppb-partes por billón) no pudo ser detectado mediante esta técnica.

La metodología que se está desarrollando presenta la ventaja de ser rápida, lo que permite trabajar con una gran cantidad de muestras por día. Además, el consumo de insumos y re-activos es relativamente bajo, lo que permitiría ahorrar en gastos.

Los resultados hasta el momento han mostrado un nivel de sensibilidad bastante alto, lo que en teoría permitiría detectar la presencia de florfenicol hasta niveles muy bajos. Sin embar-go, esta misma metodología se probó con lodos de distinto origen, y debe ser depurada, ya que a concentraciones muy bajas se dificulta la lectura del antibiótico

La metodología podría ser usada en fracciones líquidas y lodos con bajo contenido de ma-teria orgánica. Se hace necesario corregir la metodología para poder analizar muestras con alto nivel de materia orgánica que produzcan interferencias cromatográficas, lo que se logra-ría modificando el proceso de extracción desde el lodo.

Aunque en apariencia se recuperó todo el antibiótico aplicado (o su mayor parte), este fár-maco tuvo un tiempo de estadía corto en el lodo (1 día), por lo que es posible que el florfe-nicol que lleva más tiempo en esta matriz se encuentre en estado degradado, lo que ha sido mencionado en sedimentos en explotaciones marinas. Sería de gran utilidad ampliar la me-todología para incluir los metabolitos, ya que esto entregaría información sobre el destino final del florfenicol.

También se ha avanzado con metodología analítica para oxitetraciclina. Se seleccionaron siete muestras de lodo de distinto origen, las que se analizaron mediante la técnica propues-ta, no detectándose la presencia del antibiótico.

Para comprobar la efectividad del método, estas mismas muestras se contaminaron con OTC, a tres niveles de concentración: 10, 1 y 0,1 ppm. Luego se les realizó el protocolo para extracción, y se analizaron por duplicado. El método propuesto para el análisis de OTC tiene la ventaja de ser de fácil manejo y baja variabilidad entre repeticiones. A esto se suman los bajos valores de detección a los que se podría llegar, que serían en última instancia los que definan si el método es útil o no.

Otra cosa a considerar es la alta variabilidad en la recuperación de OTC. Este fármaco se adhiere a las partículas del lodo, lo que hace muy difícil su completa extracción. Por otro lado, también es posible que el antibiótico no detectado se haya degradado en algún meta-bolito, permaneciendo todavía en el lodo. Poca información existe al respecto, desconocién-dose los factores que promuevan esta degradación. Asimismo, queda la incógnita de si estos

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metabolitos aún conservan actividad antibiótica o si pueden revertirse en algún momento para formar la molécula original. Ampliar esta metodología para el análisis de metabolitos permitiría saber qué productos de degradación se generan y, a partir de esa base, se podrían realizar estudios sobre su real impacto.

Otro tema que esta metodología permitiría abordar es el tiempo de persistencia que pueda tener el antibiótico en el lodo. Existe abundante información sobre la persistencia de OTC en sedimento, donde se comprobó que ambientes con bajo nivel de oxígeno daban las con-diciones ideales para la persistencia de OTC. Estas condiciones hipóxicas

también se presentarían en los lodos. Un estudio enfocado en la posible persistencia permi-tiría obtener información de esta ocurrencia para las condiciones locales, tanto climáticas como de manejo.

CONSIDERACIONES FINALES

El estudio de los antibióticos utilizados en la salmonicultura, y su destino final, es de suma importancia al realizar un manejo de los residuos producidos. Al tomar conocimiento del comportamiento de un determinado fármaco en el ambiente, se podrían tomar mejores me-didas de manejo fitosanitario, y así disminuir el potencial impacto que éste pudiera causar en el ambiente.

Resulta importante profundizar los estudios en antibióticos, ya que se genera una base sobre la cual se podría estudiar la dinámica de los fármacos, tanto en el lodo, como en el suelo. Por lo mismo, se necesita profundizar el estudio no sólo a los fármacos utilizados, sino también a los metabolitos que se puedan producir, ya que se pueden mantener en el ambiente por tiempo prolongado y no existe información sobre su posible efecto.

Los resultados aquí expuestos aún son basados en pocas muestras de lodo, y hasta el mo-mento no dan cuenta de la presencia de antibióticos. Sin embargo, el reducido número de muestras analizadas, sumado a que la metodología se encuentra aún en desarrollo, no per-miten aún afirmar categóricamente que éstos no estén presentes en la fase de agua dulce. Un mayor número de análisis se requerirán para poder afinar la metodología. De mejorar la técnica, se dispondría de una herramienta de medición de lodos generados de manera local, antes de ser aplicados al ambiente. Se continúa trabajando en esa línea, como también en cuanto a los efectos del lodo sobre el suelo.


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Christian Hepp

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CAPITULO 9

IMPACTO ECONÓMICO DEL USO DE LODOS DE PISCICULTURA COMO PO-TENCIAL FUENTE DE NUTRIENTES EN AGRICULTURA

Christian Hepp

A través del presente proyecto se ha determinado que el uso de lodos de piscicultura puede aportar cantidades significativas de fósforo y nitrógeno al suelo y a través de éste a las plan-tas. El lodo tiene cantidades importantes de nitrógeno y fósforo, y desde el punto de vista de producción vegetal son de gran importancia las fracciones más solubles, que están disponi-bles para las plantas. Es el caso del nitrógeno disponible (específicamente amonio y nitrato) y el fósforo disponible (fósforo determinado por método Olsen).

Las fracciones orgánicas pueden aportar posteriormente nutrientes a través de la minera-lización, lo que ocurrirá a mediano plazo, en la medida de que se den las condiciones am-bientales adecuadas.

Resulta interesante evaluar también desde una perspectiva económica el uso de lodos de piscicultura y es justamente en relación a estos dos nutrientes, nitrógeno y fósforo, donde se producen los efectos más importantes para el sistema productivo.

Debe indicarse que lo que se indica más adelante se basa en una situación hipotética, en que se reglamente y autorice eventualmente el uso productivo de los lodos de pisciculturas en sistemas agropecuarios. Aunque hay diferentes alternativas, se evalúa aquí la utilización de lodos que llegan a una laguna de sedimentación para su estabilización, la que puede ser operada a costo de la industria acuícola, la que luego los entregaría para aplicación en suelos. De esta forma, desde el punto de vista del usuario del lodo (sector agropecuario), éste puede ser considerado de costo cero en el potrero.

Capítulo 9: Impacto económico del uso de lodos de piscicultura como potencial fuente de nutrientes en agricultura

70

En este análisis se consideran las implicancias económicas directas de reemplazar los fertili-zantes comúnmente utilizados en agricultura por lodos de piscicultura. Se analizan diferen-tes escenarios de praderas y cultivos: pradera mixta (mezcla de pasto ovillo con tréboles); alfalfa de latencia invernal; cultivo de avena o cebada; y cultivo de nabo forrajero o rutabaga. Sólo se evalúa la sustitución de fertilización convencional con lodos de piscicultura.

De acuerdo a los resultados obtenidos en el proyecto, la composición de los lodos es variable y con ello cambia obviamente el aporte de N y P. En este sentido importará la concentración de los nutrientes en el lodo, pero también, de forma fundamental, el contenido de materia seca del mismo (inverso del contenido de humedad). En el cuadro 9.1 se aprecia cómo varía el aporte de los componentes N y P disponibles, al variar el contenido de materia seca del lodo, en este caso entre 3% y 9%.

%MS lodo

Nutriente 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9%

N-disponible 2200 mg/kg 66 88 110 132 154 176 198 g/m3 lodo

P-disponible 3500 mg/kg 105 140 175 210 245 280 315 g/m3 lodo

CUADRO 9.1. Composición promedio del lodo utilizado en cálculos.

Se pueden así construir tablas de composición de nutrientes según los volúmenes aplicados. En el cuadro 9.2 el caso del nitrógeno disponible (nitrato + amonio) se tiene la siguiente tabla, para volúmenes que van desde 25 m3/ha hasta 300 m3/ha y con valores de materia seca que van de 3 a 9%:

m3/ha

%MS 25 50 75 100 150 200 250 300

N kg/ha 3% 1,65 3,30 4,95 6,60 9,90 13,20 16,50 19,80

4% 2,20 4,40 6,60 8,80 13,20 17,60 22,00 26,40

5% 2,75 5,50 8,25 11,00 16,50 22,00 27,50 33,00

6% 3,30 6,60 9,90 13,20 19,80 26,40 33,00 39,60

7% 3,85 7,70 11,55 15,40 23,10 30,80 38,50 46,20

8% 4,40 8,80 13,20 17,60 26,40 35,20 44,00 52,80

9% 4,95 9,90 14,85 19,80 29,70 39,60 49,50 59,40

CUADRO 9.2. Nitrógeno disponible en lodos según volumen aplicado y contenido de materia seca (base lodo indicado en cuadro 8.1.). Expresado como kg N/ha.

Christian Hepp

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El cuadro 9.3 presenta las cantidades de fósforo disponible para diferentes combinaciones de porcentaje de materia seca del lodo y volumen a aplicar. Asimismo, se evalúan dos con-diciones de intensidad de trabajo, es decir uno con niveles “normales” de fertilización de nitrógeno y fósforo y otro de niveles “altos” de aplicación.

m3/haP2O5 kg/ha %MS 25 50 75 100 150 200 250 300

3% 6,01 12,02 18,03 24,05 36,07 48,09 60,11 72,144% 8,02 16,03 24,05 32,06 48,09 64,12 80,15 96,185% 10,02 20,04 30,06 40,08 60,11 80,15 100,19 120,236% 12,02 24,05 36,07 48,09 72,14 96,18 120,23 144,277% 14,03 28,05 42,08 56,11 84,16 112,21 140,26 168,328% 16,03 32,06 48,09 64,12 96,18 128,24 160,30 192,369% 18,03 36,07 54,10 72,14 108,20 144,27 180,34 216,41

CUADRO 9.3. Fósforo disponible en lodos según volumen aplicado y contenido de %MS:(base lodo indicado en tabla composición). Expresado como kg P2O5/ha

Para graficar los efectos de la aplicación de lodo en sistemas agropecuarios, se seleccionaron cuatro alternativas de praderas o cultivos, y para ello se consideraron los siguientes paráme-tros productivos:

FERTILIZACIÓN NORMAL

Tipo de cultivo Especie(s)

Rendimiento esperado Fertilización nitrogenada

Fertilización fosfatada

kg MS/ha kg N/ha kg P2O5/ha

Pradera mixta Pasto ovillo x trébol blanco x trébol rosado 6.500 25 40

Alfalfa alfalfa de latencia invernal 9.000 0 30Cereal avena o cebada 8.000 60 40

Brassica forrajera nabo forrajero o Rutabaga 8.000 70 40

FERTILIZACIÓN ALTA

Tipo de cultivo Especie(s)

Rendimiento esperado Fertilización nitrogenada

Fertilización fosfatada

kg MS/ha kg N/ha kg P2O5/ha

Pradera mixta Pasto ovillo x trébol blanco x trébol rosado 9.000 60 80

Alfalfa alfalfa de latencia invernal 12.000 0 50Cereal avena o cebada 11.000 100 70

Brassica forrajera nabo forrajero o rutabaga 13.000 100 60


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En praderas y cultivos, para aportar nitrógeno y fósforo es común el uso de urea y superfos-fato triple, respectivamente, como fuentes fertilizantes. La urea aporta nitrógeno (45% N) y el superfosfato triple (SFT; 46% P2O5) fósforo. Los precios de mercado (puesto Coyhaique) considerados fueron$ 358 por kg + IVA para urea y $ 361 por kg + IVA para el superfosfato.

Se calculó el costo en fertilizante para cada pradera y cultivo que utiliza urea y superfosfato triple. De esta manera, se obtiene el costo total de ambos nutrientes para cada alternativa, que fluctúa entre $ 23.543/ha en el caso de alfalfa en el sistema “normal” hasta $ 134.490/ha en el caso del cultivo de cereal en el sistema de fertilización alto (cuadro 9.4).

De esta forma, el costo directo asociado a los nutrientes N y P fluctúa entre $3 y $11 por kilogramo de materia seca producida por el cultivo o praderas en el sistema “normal” (ren-dimientos moderados) y entre $5 y $12 en el sistema “alto” (rendimiento alto). En este ejem-plo se evalúa solamente la sustitución de fertilizantes por lodo. No se considera factores de aplicación en terreno.

FERTILIZANTE “NORMAL”

Tipo de cultivo Equivalente urea/ha

Equivalente superfosfato

triple/haCosto urea Costo SFT Costo N+P costo/kg MS

(base N y P)*

kg/ha kg/ha $/ha $/ha $/ha $/kg MS

Pradera mixta 55,6 87,0 19.889 31.391 51.280 $ 8

Alfalfa 0,0 65,2 0 23.543 23.543 $ 2,6

Cereal 133,3 87,0 47.733 31.391 79.125 $ 10Brásica 155,6 87,0 55.689 31.391 87.080 $ 11

FERTILIZANTE ALTO

Tipo de cultivo Equivalente urea/ha

Equivalente superfosfato

triple/haCosto urea Costo SFT Costo N+P costo/kg MS

(base N y P)*

kg/ha kg/ha $/ha $/ha $/ha $/kg MSPradera mixta 133,3 173,9 47.733 62.783 110.516 $ 12

Alfalfa 0,0 108,7 0 39.239 39.239 $ 3,2

Cereal 222,2 152,2 79.556 54.935 134.490 $ 12

Brásica 222,2 130,4 79.556 47.087 126.643 $ 10*costo solamente asociado al fertilizante Ny P.CUADRO 9.4. Fertilizante N y P utilizado para cada alternativa de pradera o cultivo (kg/ha) y costo

asociado.

Para calcular la influencia que tiene la incorporación de lodo en el sistema de fertilización, se utiliza en este ejemplo un lodo estabilizado, con un 7% de materia seca, obtenido del sedi-mento de una laguna de decantación, y una aplicación de 100 m3/ha. En base a las tablas ini-

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ciales, se calcula el aporte que hace este lodo en términos de nitrógeno y fósforo disponible. Este lodo en particular aporta, en nutrientes disponibles, el equivalente a 15,4 kg N/ha y 56,1 kg P2O5/ha. Este aporte significa que, en la mayoría de los casos se suple un porcentaje muy alto del fósforo requerido por el cultivo o pradera. En algunos casos aporta incluso más de lo requerido, no haciéndose necesaria la suplementación con fósforo por fertilizantes comer-ciales. En cuanto a nitrógeno, el aporte fluctúa entre un 22% y 61% en el sistema “normal”, y entre un 15% a 51% en el sistema más intensivo (“alto”), como se indica en el cuadro 9.5.

Consecuentemente, en el primer sistema no se hace necesario aportar fósforo adicional, aunque si es necesario agregar nitrógeno en la mayoría de los casos. En el nivel de fertili-zación “alto”, el reemplazo de fósforo por lodo es bastante elevado también, aunque se hace necesario suplementar nitrógeno en mayor cantidad (cuadro 8.5).

CON LODO“NORMAL” 100 m3, 7%

Tipo de cultivo aporte N aporte P2O5 aporte N aporte P saldo N por aplicar

saldo P por aplicar

kg/ha kg/ha % % kg/ha kg/ha

Pradera mixta 15,40 56,11 61,6 140,3 9,6 0,0

Alfalfa 15,40 56,11 187,0 0,0 0,0

Cereal 15,40 56,11 25,7 140,3 44,6 0,0

Brásica 15,40 56,11 22,0 140,3 54,6 0,0

“ALTO”

Tipo de cultivo aporte N aporte P2O5 aporte N aporte P saldo N por aplicar

saldo P por aplicar

kg/ha kg/ha % % kg/ha kg/ha

Pradera mixta 15,40 56,11 25,7 70,1 44,6 23,9

Alfalfa 15,40 56,11 112,2 0 0,0

Cereal 15,40 56,11 15,4 80,2 84,6 13,9Brásica 15,40 56,11 15,4 93,5 84,6 3,9

CUADRO 9.5. Aportes de nitrógeno (N) y fósforo (P2O5) disponible de 100 m3/ha de lodo con 7% de materia seca y porcentaje de aporte para diferentes praderas o cultivos.

El ahorro por concepto de fertilización llega a 100% en el caso de pradera mixta y alfalfa, y entre 29-35% en el caso de cultivos en el nivel “normal”. Con el nivel de fertilización “alto”, los montos cubiertos varían de 11% a 58% del costo de fertilizante nitrogenado y fosfatado (cuadro 9.6).


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FERTILIZACIÓN “NORMAL”

Tipo de cultivo

Valorización reemplazo

urea


SFT

Valorización N+P aplicado

con lodo

costo/kg MS (base N y P)

Diferencia de costo (ahorro)

Lodo cubre el % de N y

P en: $/ha $/ha $/ha $/kg MS $/ha %

Pradera mixta 12.252 44.030 56.282 0,00 51.280 100,0%

Alfalfa 44.030 44.030 0,00 23.543 100,0%Cereal 12.252 44.030 56.282 2,86 22.843 28,9%Brásica 12.252 44.030 56.282 3,85 30.798 35,4%

FERTILIZACIÓN “ALTA”

Tipo de cultivo


urea

Valorización reemplazo SFT Costo

SFTahorrado

Costo N+Pahorrado

costo/kg MS (base N y P)

Diferencia de costo

Lodo cubre el % de N y

P en:

$/ha $/ha $/ha $/kg MS $/ha %Pradera mixta 12.252 44.030 56.282 6,25 54.234 49,1%

Alfalfa 44.030 44.030 4,69 39.239 10,8%Cereal 12.252 44.030 56.282 5,12 78.209 58,2%Brásica 12.252 44.030 56.282 4,33 70.361 55,6%

CUADRO 9.6. Estimación del ahorro generado por uso de lodo de piscicultura en cuatro alternativas productivas y porcentaje del requerimiento del cultivo que se aporta.

Prácticamente en todas las situaciones, la aplicación de lodo de piscicultura cubre todo el requerimiento de fósforo por parte de praderas y cultivos, mientras que el nitrógeno se re-emplaza entre 22-62% en el nivel de fertilización “normal” y 15-51% en el nivel “alto” (cua-dro 9.7).

Fertilización “normal” Fertilización “alta”

Tipo de cultivo Cubre N en %: Cubre P en %: Cubre N en %: Cubre P en %:

% % % %Pradera mixta 61,6% 100,0% 25,7% 89,6%

Alfalfa 100,0% 100,0%

Cereal 25,7% 100,0% 15,4% 100,0%

Brásica 22,0% 100,0% 15,4% 100,0%

CUADRO 9.7. Porcentaje de N y P requerido que es reemplazado por la aplicación de lodo.

Christian Hepp

75

De esta forma, la aplicación de lodo de piscicultura tiene un impacto económico importante en los sistemas de producción agropecuarios analizados, ya que se logra reducir los cos-tos de fertilización fosfatada y nitrogenada en porcentajes muy importantes. El uso de 100 m3 de lodo con 7% de materia seca, en este ejemplo permitió ahorrar $ 12.252/ha en urea (fertilizante nitrogenado) y $ 56.282/ha en superfosfatos. El aporte es relevante, ya que los fertilizantes son habitualmente un componente importante del costo total de producción en sistemas ganaderos. Otra consideración relevante es que el lodo aplica también fracciones no disponibles, pero que en el mediano plazo pueden mineralizarse parcialmente y ofrecer así un efecto residual en los suelos en que se aplica.

También resulta interesante considerar que para obtener 1 m3 de lodo de 7% de materia seca, como el que se usa en el ejemplo precedente, es necesario sedimentar al menos 7 m3 de lodo fresco de 1% de materia seca, como el que proviene habitualmente de las pisciculturas. En muchos casos el contenido de agua puede superar el 99,5%, con lo que se estarían decantan-do mayores volúmenes aún. De esta forma, el asociar la aplicación de lodos con sistemas de riego de las fracciones líquidas, resulta imprescindible en sistemas de lagunas cerradas (sin efluentes), con vaciado periódico mediante, por ejemplo, aspersión. Por ello la relevancia de los resultados expuestos anteriormente en relación a las fracciones líquidas o sobrenadantes de lagunas.


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Christian Hepp K.

77

CAPITULO 10

CONSIDERACIONES FINALES

Christian Hepp

Durante el desarrollo del proyecto se buscaron respuestas para lograr el cumplimiento de los objetivos trazados al inicio de éste, que fueron:

a. Caracterizar los lodos de piscicultura y estudiar efectos sobre suelos y plantas

Junto con establecer una línea base en las localidades donde se utilizaron los lodos, es decir obtener los parámetros básicos y previos de suelos, aguas y vegetación, se realizó una analí-tica completa a los lodos de piscicultura y los sobrenadantes obtenidos desde las lagunas de sedimentación.

Los lodos de piscicultura son considerados como biosólidos, con un alto contenido de ma-teria orgánica, donde los niveles de nitrógeno y fósforo resultaron de alta relevancia para su uso en sistemas agropecuarios. Su contenido de materia seca es habitualmente muy bajo, es decir los contenidos de humedad son elevados, lo que hace necesario un manejo que permita su posterior aplicación al suelo. Se midieron niveles de nitrato, amonio y fósforo disponible tales, que permitieron respuestas elevadas en praderas y cultivos. Se probaron diferentes dosificaciones y en general niveles de hasta 100 e incluso 150 m3/ha resultaron un gran aporte nutricional al suelo, con aumentos sustanciales de producción primaria.

Los lodos de piscicultura, definidos como fecas de peces + restos de alimento no consumi-do, no presentaron limitaciones en cuanto a aporte de metales pesados al suelo, lo que los hace bastante inocuos, comparado con lodos de plantas de tratamiento de aguas de origen humano.

Capítulo 10: Consideraciones finales

78

La mayor producción vegetal estuvo muchas veces contrastada con un cambio en la compo-sición botánica de las praderas, favoreciendo el desarrollo de especies gramíneas, en desmedro de las leguminosas.

Se determinó que la aplicación de lodos podía sustituir en muchos casos totalmente la apli-cación de fósforo y aportar significativamente nitrógeno disponible, con disminuciones de costos de fertilización para los sistemas productivos.

Se estudió la parcialización de la aplicación de lodos, la aplicación de otoño, la repetición de dosis en temporadas sucesivas, los efectos residuales, las pérdidas por lixiviación, los efectos sobre la composición N-P en algunas plantas, etc., todos ellos componentes que permiten explicar mejor los efectos de estos lodos en el sistema suelo-planta. Se conoce la composi-ción de los lodos, sus efectos sobre plantas de relevancia económica en la zona, sus posibles dosificaciones, etc.

b. Establecer posibles limitaciones al uso de lodos

Al estudiar los efectos del uso de lodos en sistemas suelo-planta, se conocieron también algunos aspectos en que es necesario profundizar, ya que pueden limitar el uso de lodos en ciertas circunstancias. Por ejemplo, se observó que lodos y sobrenadantes en general presen-tan niveles elevados de sodio, lo que en suelos salinos puede ser una limitante para su uso. En los suelos volcánicos de Aysén (y en gran parte d elos suelos del sur d Chile), la salinidad no representa habitualmente un problema, pero esta situación debe analizarse.

Efectos de mediano y largo plazo sobre los suelos y las relaciones entre sus bases deben ser evaluados. También se ha iniciado el estudio de algunos antibióticos de uso común en acui-cultura, y su residualidad en lodos. Este aspecto debe ser analizado en profundidad ya que es uno de los posibles cuestionamientos al uso de estos residuos en suelos.

Los efectos sobre la biomasa del suelo deben ser estudiados para descartar efectos nocivos. También en algunos casos de uso excesivo de lodo se observó descensos en valor pH (acidi-ficación), situación que debe también mirarse en detalle, por la connotación que puede tener en esas circunstancias. La lixiviación de nitrato, aunque en condiciones de dosis excesivas, en suelos de la zona húmeda de Aysén fue otro aspecto que es necesario revisar más en detalle.

En todo caso, los posibles problemas deben ser estudiados y se observaron sólo en algunos casos y siempre ligados a dosis excesivas, que seguramente no serían de uso habitual en sistemas normados.

Christian Hepp K.

79

c. Determinar manejo y aplicaciones

La composición del lodo, con su elevado contenido de humedad, hizo necesario pensar en sistemas prácticos que permitieran concentrar este material previo a su aplicación, permi-tiendo de paso su estabilización. Para ello se utilizaron lagunas facultativas de sedimenta-ción, con descarga periódica de sobrenadantes sobre praderas y cultivos.

Se observaron efectos positivos sobre la producción de estas praderas y cultivos, al usar un sistema de aspersión, con riego de este sobrenadante. Resultó asimismo un sistema fácil de operar, lo que resultó muy práctico. En otras situaciones, se hizo más práctico el bombeo de lodo desde decantadores de pisciculturas, para ser aplicado mediante carros purineros. Ello permite una aplicación controlada y eficiente sobre el terreno.

d. Difusión y transferencia tecnológica

Junto con la capacitación del personal propio e intercambio de experiencias con otros equi-pos nacionales e internacionales, en gira tecnológica, congresos y ferias, se generó material informativo con los resultados más relevantes del proyecto. Se logró un acercamiento a la empresa privada, que ve un potencial importante en el reciclaje de estos lodos producidos en las pisciculturas.

Un aspecto central es relevar el tema a nivel de autoridades ambientales, con el fin de traba-jar en un esquema borrador de normativa para el manejo y uso benéfico de estos residuos de pisciculturas. Ello se ha avanzado y debiera dirigirse a la obtención de un sistema que reglamente adecuadamente el uso benéfico de estos lodos de pisciultura. Se ha generado información que se ha aportado a las mesas de discusión a niveles gubernamentales.

El desarrollo de la acuicultura en la zona austral del país ha sido explosivo y se observa que la tendencia va en aumento. Ello implicará la instalación de nuevas pisciculturas y con ello la necesidad de contar con un sistema legal de uso de lodos. Los suelos agropecuarios son una de las posibles vías de salida, pero requieren necesariamente de un marco reglamentario.

Las pisciculturas debieran así poder procesar sus lodos localmente y aportarlos a suelos agropecuarios cercanos a su operación, con los aportes nutricionales ya estudiados y las consecuencias en la producción agropecuaria. Sin embargo, debe regularse por ejemplo la dosificación de lodos y su periodicidad de aplicación.

Capítulo 10: Consideraciones finales

80

e. Futuro

El proyecto ha concluido y se cierra una primera etapa en el estudio de los lodos de pisci-culturas. Sin embargo, han quedado abiertas una serie de interrogantes, las que es necesario dilucidar para lograr afinar una normativa de uso de lodos adecuada y sustentable con el medio ambiente. Es decir, lograr una sintonía entre los requerimientos de la industria, las posibilidades técnicas de uso en sistemas agropecuarios y el manejo sustentable de este re-curso, sin afectar el medio ambiente negativamente.

Para ello, se está materializando un proyecto financiado por la industria acuícola, específi-camente con las empresas participantes del proyecto, con el fin de continuar los trabajos y profundizar en aquellos aspectos que se ha señalado. Con ello también se cumple el objetivo de dar sustentabilidad a la temática de trabajo, permitiendo que se forme una línea de in-vestigación que es de gran relevancia para la principal industria regional y de gran impacto nacional.

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